本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)穩(wěn)定的三相逆變器自適應(yīng)滑?？刂品椒?。
背景技術(shù)：
：分布式發(fā)電(distributedgeneration，DG)以其投資小、清潔環(huán)保、供電可靠性高和發(fā)電方式靈活等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。將DG和負(fù)荷連接構(gòu)成微電網(wǎng)，并以這種形式入大電網(wǎng)與大電網(wǎng)互為支撐，是發(fā)揮DG系統(tǒng)效能的最有效方式。微電網(wǎng)并網(wǎng)(一般為配電網(wǎng))運(yùn)行，與主電網(wǎng)之間有功功率和無(wú)功功率可靈活交換。若主電網(wǎng)發(fā)生故障，微電網(wǎng)迅速與主網(wǎng)解列，運(yùn)行于孤島模式，保證重要負(fù)荷的供電。主電網(wǎng)恢復(fù)正常后微電網(wǎng)可再次聯(lián)網(wǎng)，重新進(jìn)入并網(wǎng)運(yùn)行模式。微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器必須具有較強(qiáng)的抗干擾及電壓控制能力，在電網(wǎng)出現(xiàn)擾動(dòng)后有較快地動(dòng)態(tài)響應(yīng)。由于三相PWM換流器模型是一個(gè)典型的非線性多輸入多輸出系統(tǒng)，模型中含有狀態(tài)變量和控制變量的乘積，并且狀態(tài)變量間存在耦合，常規(guī)控制策略難以滿足輸出零穩(wěn)態(tài)誤差、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)、輸入電流畸變小等要求。此外，由于小信號(hào)假設(shè)，常規(guī)線性和非線性控制策略，無(wú)法適用于大信號(hào)工作條件。當(dāng)出現(xiàn)大的瞬態(tài)變化時(shí)，換流器的行為無(wú)法充分地反映出來(lái)。作為一種在設(shè)計(jì)選擇中具有高度靈活性的控制方法，滑?？刂票绕渌蔷€性控制方法更易于實(shí)現(xiàn)?；？刂频闹饕獌?yōu)點(diǎn)是可以保證系統(tǒng)在參數(shù)不確定、存在外界干擾情況下的穩(wěn)定性和魯棒性。趙葵銀等人利用滑?？刂品€(wěn)定三相整流橋的直流側(cè)電壓、保證系統(tǒng)的單位功率因數(shù)。RongJW等人將滑?？刂朴糜趩蜗嗄孀兤鳎槍?duì)逆變器的并網(wǎng)、孤島2種運(yùn)行方式分別設(shè)計(jì)控制方法。FernandoSJ等人采用滑?？刂圃O(shè)計(jì)了電壓環(huán)，控制系統(tǒng)具有響應(yīng)快、魯棒性強(qiáng)、對(duì)外界干擾和參數(shù)擾動(dòng)具有不變性等優(yōu)點(diǎn)；但由于電流環(huán)采用滯環(huán)控制，存在輸出電壓有靜態(tài)誤差且開(kāi)關(guān)頻率不固定的缺點(diǎn)。在實(shí)際控制系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)參數(shù)變化、外部擾動(dòng)以及檢測(cè)技術(shù)的限制等因素的影響，通常難以獲得控制對(duì)象的精確模型，且匹配條件往往難以滿足，使傳統(tǒng)滑模控制無(wú)法達(dá)到理想品質(zhì)。由上述分析可知，針對(duì)三相逆變器控制的現(xiàn)有技術(shù)對(duì)逆變器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的精確度要求高，未考慮實(shí)際系統(tǒng)參數(shù)不確定性與外界干擾問(wèn)題對(duì)控制性能的想影響，因而魯棒性不強(qiáng)，不符合實(shí)際應(yīng)用的要求，工程實(shí)現(xiàn)較為困難。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種設(shè)計(jì)合理并具有良好穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的基于自適應(yīng)滑模控制的微電網(wǎng)穩(wěn)定控制方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于自適應(yīng)滑?？刂频奈㈦娋W(wǎng)穩(wěn)定控制方法，包括以下步驟：步驟A、針對(duì)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行與孤島運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行特性，分別建立逆變器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；步驟B、將自適應(yīng)控制與滑?？刂葡嘟Y(jié)合，分別構(gòu)建并網(wǎng)運(yùn)行與孤島運(yùn)行時(shí)逆變器系統(tǒng)的自適應(yīng)滑?？刂颇Ｐ停徊襟EC、逆變器系統(tǒng)的自適應(yīng)滑?？刂坡勺饔糜诿}沖寬度調(diào)制(PWM)，對(duì)三相逆變器進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)穩(wěn)定的三相逆變器自適應(yīng)滑模控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)為：1)本發(fā)明提出的自適應(yīng)滑?？刂品椒梢员ＷC系統(tǒng)在不確定性和非線性條件下、外界干擾情況下的魯棒性和穩(wěn)定性。2)本發(fā)明提出的控制方法使得微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器能夠在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)有效地抑制微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率波動(dòng)，保證微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率可控。3)本發(fā)明的控制方法使得微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器能夠?yàn)楣聧u運(yùn)行情況下的微電網(wǎng)提供電壓、頻率支持。4)本發(fā)明提出的控制方法可以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在并網(wǎng)與孤島2種運(yùn)行模式之間無(wú)縫切換。附圖說(shuō)明圖1為現(xiàn)有的微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的基于自適應(yīng)滑模的控制系統(tǒng)框圖。圖3為微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)電壓波形圖，其中圖(a)為0.45—0.55s電壓波形，圖(b)為0.95—1.05s電壓波形，圖(c)為1.45—1.55s電壓波形，圖(d)為1.7—1.8s電壓波形。圖4為微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)電流波形圖，其中圖(a)為0.45—0.55s電流波形，圖(b)為0.95—1.05s電流波形，圖(c)為1.45—1.55s電流波形，圖(d)為1.7—1.8s電流波形。圖5為微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器輸出功率圖。圖6為分布式電源輸出電壓波形圖，其中圖(a)為0.45—0.55s電壓波形，圖(b)為0.95—1.05s電壓波形，圖(c)為1.45—1.55s電壓波形，圖(d)為1.7—1.8s電壓波形。圖7為分布式電源輸出電流波形圖，其中圖(a)為0.45—0.55s電流波形，圖(b)為0.95—1.05s電流波形，圖(c)為1.45—1.55s電流波形，圖(d)為1.7—1.8s電流波形。圖8為分布式電源輸出功率圖。圖9為主網(wǎng)與微電網(wǎng)的交換功率圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明根據(jù)微電網(wǎng)的不同運(yùn)行方式分析穩(wěn)定控制器的運(yùn)行特性，分別建立并網(wǎng)與孤島運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定控制器的數(shù)學(xué)模型?？紤]到系統(tǒng)的不確定性和非線性，以控制變量的跟蹤誤差作為控制器的輸入，將自適應(yīng)控制與滑?？刂葡嘟Y(jié)合，設(shè)計(jì)逆變器系統(tǒng)的自適應(yīng)滑模控制律作用于脈沖寬度調(diào)制，對(duì)三相逆變器進(jìn)行控制，保證系統(tǒng)在參數(shù)不確定、存在外界干擾等情況下的穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)特性。本發(fā)明的一種基于自適應(yīng)滑?？刂频奈㈦娋W(wǎng)穩(wěn)定控制方法，包括以下步驟：步驟A、針對(duì)微電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行與孤島運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行特性，分別建立逆變器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；所述的微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)逆變器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：e·i=a(ei+iref)+bucon1+cu0-i·ref+w]]>式中，ei＝diag(i0a-irefa,i0b-irefb,i0c-irefc)，i0a、i0b、i0c與irefa、irefb、irefc分別表示微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)相電流實(shí)際值、參考值；a＝diag(-Ra/Lga,-Rb/Lgb,-Rc/Lgc)，Lga、Lgb、Lgc為濾波電感值，Ra、Rb、Rc為換流橋、電感及線路等效串聯(lián)電阻值；iref＝diag(irefa,irefb,irefc)；b＝diag(1/Lga,1/Lgb,1/Lgc)，ucon1＝diag(ucon1a,ucon1b,ucon1c)，ucon1a、ucon1b、ucon1c為微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)控制信號(hào)；c＝diag(-1/Lga,-1/Lgb,-1/Lgc)，u0＝diag(u0a,u0b,u0c)，u0a、u0b、u0c表示微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)三相電壓；w為系統(tǒng)的總不確定性；所述的微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)逆變器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：X·k=AkXk+DkIok+Bk(Uk+Wk)]]>式中，Ca、Cb、Cc為濾波電容，Bk＝[01/LgkCk]T，Uk＝[ucon2k]，ucon2k為微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)控制信號(hào)，Wk為系統(tǒng)的總不確定項(xiàng)。所述的微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)總不確定項(xiàng)為：w＝Δa(ei+iref)+Δbucon1+Δcu0+um式中，Δa、Δb、Δc表征系統(tǒng)的不確定性，um＝diag(uma,umb,umc)，uma、umb、umc表征微電網(wǎng)中的瞬態(tài)變化、系統(tǒng)參數(shù)變化造成的擾動(dòng)量；所述的微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)總不確定項(xiàng)為：Wk＝GkXk+HkUk+JkI0k+Kk式中：Gk＝ΔAk/Bk，Hk＝ΔBk/Bk，Jk＝ΔDk/Bk，Kk＝FkImk/Bk為不確定項(xiàng)滿足匹配條件的系數(shù)，其中ΔAk、ΔBk、ΔDk表征系統(tǒng)的不確定性，步驟B、將自適應(yīng)控制與滑?？刂葡嘟Y(jié)合，分別構(gòu)建并網(wǎng)運(yùn)行與孤島運(yùn)行時(shí)逆變器系統(tǒng)的自適應(yīng)滑模控制模型；所述的微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)三相逆變器的自適應(yīng)全局滑?？刂坡蔀椋簎con1=-βei-b-1(airef+cu0+i·ref+ϵsign(s))-bs·abs(bs)-1q^]]>式中，β為狀態(tài)反饋系數(shù)，ε為小的正常數(shù)，s為并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的全程滑模面矩陣，s＝diag(sa,sb,sc)，sign(·)表示符號(hào)函數(shù)，sign(s)＝diag(sign(sa),sign(sb),sign(sc))；abs(·)表示取絕對(duì)值函數(shù)；是q的估計(jì)值，q系統(tǒng)的不確定性的上界；所述的微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)三相逆變器的自適應(yīng)全局滑?？刂坡蔀椋簎con2k=-βek-(CkBk)-1(CkAkCrk-CkX·rk+CkDkI0k+ϵsign(Sk))-(BkTCkTSk)||SkTCkBk||-1(q^1k+q^2k||ek||)]]>式中，β為狀態(tài)反饋系數(shù)矩陣，ek為微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)輸出電壓誤差，urefk表示微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)輸出電壓參考值；Ck為滿秩常數(shù)矩陣，ε為小的正常數(shù)，sign(·)表示符號(hào)函數(shù)，Sk為孤島運(yùn)行時(shí)的全局滑模面，分別是q1k、q2k的估計(jì)值，q1k、q2k系統(tǒng)的不確定性上界系數(shù)。所述的微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)全程滑模面為：所述的微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)全局滑模面為：步驟C、將逆變器系統(tǒng)的自適應(yīng)滑?？刂颇Ｐ妥饔糜诿}沖寬度調(diào)制PWM，對(duì)三相逆變器進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)穩(wěn)定的三相逆變器自適應(yīng)滑模控制。一種實(shí)現(xiàn)上述基于自適應(yīng)滑模控制的微電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)，包括信息采集模塊、自適應(yīng)滑模控制模塊、脈寬調(diào)制模塊和三相逆變器，其中：信息采集模塊采集微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)相電壓、電流，同時(shí)對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行模式進(jìn)行判別；自適應(yīng)滑?？刂颇K對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)行模式下的狀態(tài)反饋控制、魯棒控制、自適應(yīng)控制處理，并將處理結(jié)果傳輸給脈寬調(diào)制模塊；脈寬調(diào)制模塊對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制后發(fā)送給三相逆變器的六個(gè)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)三相逆變器自適應(yīng)滑?？刂啤１景l(fā)明開(kāi)發(fā)了基于儲(chǔ)能設(shè)備的微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器，保證微電網(wǎng)在并網(wǎng)、孤島2種模式下的穩(wěn)定運(yùn)行以及在2種運(yùn)行模式間的靈活切換。DG并網(wǎng)運(yùn)行的控制算法經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展和改進(jìn)，在實(shí)際工程中的應(yīng)用已相對(duì)成熟。在微電網(wǎng)內(nèi)加裝微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器后，DG無(wú)需改變?cè)瓉?lái)針對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行的控制系統(tǒng)，在微電網(wǎng)孤島情況下仍可繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明基于自適應(yīng)全局滑?？刂频奈㈦娋W(wǎng)穩(wěn)定控制方法，能夠保證微電網(wǎng)在不同運(yùn)行模式下的穩(wěn)定性：在微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)有效地抑制微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率波動(dòng)，達(dá)到微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率可控；在微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，提供電壓、頻率支持；實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在2種運(yùn)行模式之間無(wú)縫切換。下面進(jìn)行更詳細(xì)的描述。本發(fā)明的一種基于自適應(yīng)滑?？刂频奈㈦娋W(wǎng)穩(wěn)定控制方法，是在如圖1所示的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與如圖2所示的基于自適應(yīng)滑模的控制系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的。微電網(wǎng)電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器與光伏、微型燃?xì)廨啓C(jī)等分布式電源以及重要負(fù)荷通過(guò)1條公共母線并聯(lián)后形成微電網(wǎng)。微電網(wǎng)由公共連接點(diǎn)斷路器QF接入主電網(wǎng)。微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器主要包括儲(chǔ)能設(shè)備、基于全控器件的換流器、濾波器以及控制檢測(cè)電路。斷路器QF閉合，微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，微電網(wǎng)內(nèi)電壓、頻率與主電網(wǎng)保持一致。為充分利用DG設(shè)備，微電網(wǎng)內(nèi)的DG運(yùn)行于其最大功率點(diǎn)。然而以風(fēng)能、太陽(yáng)能等作為一次能源的分布式電源受外界自然環(huán)境、氣候等因素的影響，輸出功率均存在一定的波動(dòng)。因此，可以利用微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器補(bǔ)償DG出力波動(dòng)，避免由功率波動(dòng)引起的電壓偏差、電壓波動(dòng)等問(wèn)題。公共連接點(diǎn)斷路器斷開(kāi)，微電網(wǎng)孤島運(yùn)行，由穩(wěn)定控制器提供電壓和頻率支撐，平衡微電網(wǎng)內(nèi)的功率。保證DG穩(wěn)定運(yùn)行以及重要負(fù)荷的供電。若DG的總出力大于負(fù)荷和微電網(wǎng)內(nèi)的損耗，由穩(wěn)定控制器存儲(chǔ)部分電能；反之，可輸出功率，補(bǔ)償功率差額。為了便于分析，假設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電壓保持不變，因此可以用直流電源代替儲(chǔ)能系統(tǒng)。u0a、u0b、u0c與i0a、i0b、i0c分別表示交流側(cè)相電壓與電流。Lga、Lgb、Lgc與Ca、Cb、Cc為濾波電感、電容。Ra、Rb、Rc為換流橋、電感及線路等效串聯(lián)電阻。ima、imb、imc表征微電網(wǎng)中的瞬態(tài)變化、系統(tǒng)參數(shù)變化造成的擾動(dòng)量。本發(fā)明是一種基于自適應(yīng)滑模控制的微電網(wǎng)穩(wěn)定控制方法。首先，依據(jù)并網(wǎng)與孤島運(yùn)行方式下逆變器系統(tǒng)的工作特性，分別建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，分別建立并網(wǎng)與孤島運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定控制器的數(shù)學(xué)模型。考慮到系統(tǒng)的不確定性和非線性，以控制變量的跟蹤誤差作為控制器的輸入，將自適應(yīng)控制與滑?？刂葡嘟Y(jié)合，設(shè)計(jì)逆變器系統(tǒng)的自適應(yīng)滑?？刂坡勺饔糜诿}沖寬度調(diào)制，對(duì)三相逆變器進(jìn)行控制，保證系統(tǒng)在參數(shù)不確定、存在外界干擾等情況下的穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)特性。本發(fā)明的控制方法包括以下步驟：步驟1：數(shù)學(xué)模型的建立步驟1-1：微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的數(shù)學(xué)模型微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器抑制DG、負(fù)荷造成的功率波動(dòng)。此時(shí)，可以通過(guò)控制微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)輸出電流來(lái)控制其輸出功率，系統(tǒng)的狀態(tài)方程可表示為式中：Lg＝diag(Lga,Lgb,Lgc)，i0＝diag(i0a,i0b,i0c)，R＝diag(Ra,Rb,Rc)，u0＝diag(u0a,u0b,u0c)，um＝diag(uma,umb,umc)，ucon1＝diag(ucon1a,ucon1b,ucon1c)，u0a、u0b、u0c與i0a、i0b、i0c分別表示微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)相電壓、電流；uma、umb、umc表征微電網(wǎng)中的瞬態(tài)變化、系統(tǒng)參數(shù)變化造成的擾動(dòng)量。設(shè)微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)輸出電流參考值為iref＝diag(irefa,irefb,irefc)，取參考信號(hào)與狀態(tài)變量之差作為新的狀態(tài)變量，系統(tǒng)的狀態(tài)方程變?yōu)長(zhǎng)ge·i=-Rgei+ucon2-Rgiref-u0-um-Lgi·ref---(2)]]>式中：ei＝diag(i0a-irefa,i0b-irefb,i0c-irefc)可改寫(xiě)為：式中：a＝diag(-Ra/Lga,-Rb/Lgb,-Rc/Lgc)，b＝diag(1/Lga,1/Lgb,1/Lgc)，c＝diag(-1/Lga,-1/Lgb,-1/Lgc)。考慮到系統(tǒng)參數(shù)的變動(dòng)以及不確定性擾動(dòng)，式(3)可進(jìn)一步改寫(xiě)為：e·i=(a+Δa)(ei+iref)+(b+Δb)ucon2+(c+Δc)(u0T+umT)-i·ref]]>(4)]]>e·i=a(e·i+iref)+bucon2+cu0-i·ref+w---(5)]]>式中Δa、Δb、Δc表征系統(tǒng)的不確定性。假設(shè)系統(tǒng)的不確定性為w，且有：w＝Δa(ei+iref)+Δbucon1+Δcu0+um(6)假設(shè)存在未知的正常數(shù)對(duì)角矩陣q＝diag(qa,qb,qc)，使得系統(tǒng)的不確定性滿足：|w|≤q(7)步驟1-2：微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)的數(shù)學(xué)模型微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器的控制目標(biāo)是輸出電壓為幅值、頻率一定的正弦波。因此系統(tǒng)的狀態(tài)方程可表示為X·k=AkXk+BkUk+DkIok+FkImk---(8)]]>式中：Bk＝[01/LgkCk]T，Uk＝[ucon2k]，ucon2k為三相調(diào)制波?？紤]到微電網(wǎng)中的瞬態(tài)變化、系統(tǒng)參數(shù)變化造成的擾動(dòng)量，式(8)可進(jìn)一步改寫(xiě)為X·k=(Ak+ΔAk)Xk+(Bk+ΔBk)Uk+(Dk+ΔDk)Iok+FkImk---(9)]]>式中：ΔAk、ΔBk、ΔDk表征系統(tǒng)的不確定性且不確定項(xiàng)滿足匹配條件，即ΔAk＝BkGk，ΔBk＝BkHk，ΔDk＝BkJk，F(xiàn)kImk＝BkKk。為便于分析，定義：Wk＝GkXk+HkUk+JkI0k+Kk(10)式(9)簡(jiǎn)化為X·k=AkXk+DkIok+Bk(Uk+Wk)---(11)]]>假設(shè)存在未知的正常數(shù)，使得系統(tǒng)的不確定性滿足：||Wk||≤q1k+q2k||ek||(12)式中ek為微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)輸出電壓誤差，并且有：ek=u0k-urefku·0k-u·refk=euke·uk---(13)]]>式中urefk表示微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)輸出電壓參考值，一般情況下設(shè)為額定值。步驟2基于自適應(yīng)滑模控制系統(tǒng)自適應(yīng)全局滑?？刂凭C合了自適應(yīng)控制與滑?？刂频膬?yōu)點(diǎn)。全程滑模面在保證滑?？刂品€(wěn)定性的基礎(chǔ)上，消除了滑?？刂频牡竭_(dá)運(yùn)動(dòng)階段，使系統(tǒng)在響應(yīng)的全過(guò)程都具有魯棒性，克服了傳統(tǒng)變結(jié)構(gòu)控制中到達(dá)模態(tài)不具有魯棒性的缺點(diǎn)。控制律由狀態(tài)反饋?lái)?xiàng)、魯棒項(xiàng)以及自適應(yīng)項(xiàng)3部分組成。狀態(tài)反饋?lái)?xiàng)可以充分利用狀態(tài)反饋與極點(diǎn)配置的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了滑模面的設(shè)計(jì)，保證了系統(tǒng)的魯棒性。魯棒項(xiàng)通過(guò)滑?？刂撇呗源_定不確定非線性系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)；根據(jù)不確定非線性系統(tǒng)與名義非線性系統(tǒng)的差異，利用滑模以及其他參數(shù)構(gòu)造滿足全局Lyapunov穩(wěn)定性的自適應(yīng)律，構(gòu)成自適應(yīng)項(xiàng)，可有效地解決傳統(tǒng)滑?？刂浦行枰_定參數(shù)擾動(dòng)和外部干擾上界的問(wèn)題。自適應(yīng)全局滑?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示?？刂葡到y(tǒng)主要包括電流環(huán)和電壓環(huán)2部分。當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，控制信號(hào)ucon1a、ucon1b、ucon1c通過(guò)控制微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)電流，調(diào)節(jié)其輸出功率。此時(shí)微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器的交流側(cè)電壓u0a、u0b、u0c等于電網(wǎng)電壓，即電壓環(huán)中的參考信號(hào)與狀態(tài)變量之差為0，因此微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器的輸出主要由電流環(huán)決定。當(dāng)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，由控制信號(hào)ucon2a、ucon2b、ucon2c控制微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)電壓。在這種情況下，微電網(wǎng)穩(wěn)定器的輸出功率由微電網(wǎng)內(nèi)的功率缺額決定，因此開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。步驟2-1基于自適應(yīng)滑模的電流控制電流環(huán)的目標(biāo)是控制微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器的交流側(cè)電流i0a、i0b、i0c跟蹤其參考值irefa、irefb、irefc。因此，選擇全程滑模面為s=ei-∫0t(a-βb)eids---(14)]]>式中s＝diag(sa,sb,sc)，β為狀態(tài)反饋系數(shù)。為保證系統(tǒng)在有限的時(shí)間內(nèi)到達(dá)并保持在滑模面上，選擇控制為：ucon1＝u1+u2+u3(15)u1＝-βei(16)u2=-b-1(airef+cu0+i·ref+ϵsign(s))---(17)]]>u3=-bs·abs(bs-1)q^---(18)]]>式中：u1為狀態(tài)反饋?lái)?xiàng)；u2為魯棒項(xiàng)；u3為自適應(yīng)項(xiàng)；ε為小的正常數(shù)；sign(·)表示符號(hào)函數(shù)，sign(s)＝diag(sign(sa),sign(sb),sign(sc))；abs(·)表示取絕對(duì)值函數(shù)；是q的估計(jì)值；參數(shù)偏差為且自適應(yīng)律為q^·=abs(bs)---(19)]]>證明：取Lyapunov函數(shù)：V=s2+q~22---(20)]]>求導(dǎo)可得：V·=ss·+q~q~·---(21)]]>對(duì)式(14)關(guān)于式(5)求導(dǎo)，把式(15)、(19)代入式(21)，化簡(jiǎn)可得：V·=s(bu3+w-ϵsign(s))+q~q~·≤ϵabs(s)---(22)]]>顯然，當(dāng)abs(s)≠0時(shí)，這表明不確定滑模系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定于滑模面，如式(14)所示。當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)并保持在滑模面時(shí)，有s·=airef+bucon2+cu0-i·ref+w+βbei=0---(23)]]>因此，存在名義等效控制為ueq=-b-1(airef+cu0-i·ref+w+βbei)---(24)]]>將等效控制式(24)代入式(5)可得滑動(dòng)模態(tài)：e·i=(a-βb)ei---(25)]]>通過(guò)選擇合適的狀態(tài)反饋系數(shù)β，可以保證系統(tǒng)的滑動(dòng)模態(tài)式(25)的魯棒性，同時(shí)也可以調(diào)整微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器的電流控制特性。步驟2-2基于自適應(yīng)滑?？刂频碾妷嚎刂齐妷涵h(huán)的主要作用是控制微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器的交流側(cè)輸出電壓跟蹤其參考值urefa、urefb、urefc，從而保證微電網(wǎng)在孤島運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。為了減小控制誤差、獲得全局穩(wěn)定性，選擇全局滑模面為Sk=Ckek-Ck∫0t(Ak-Bkβ)ekds---(26)]]>式中：Ck為滿秩常數(shù)矩陣，且CkBk非奇異，β為狀態(tài)反饋系數(shù)矩陣。為了使系統(tǒng)在有限的時(shí)間內(nèi)到達(dá)并保持在滑模面上，選擇控制：ucon2k＝u1k+u2k+u3k(27)u1k＝-βek(28)u2k=-(CkBk)-1(CkAkXrk-CkX·rk+CkDkI0k+ϵsign(Sk))---(29)]]>u3k=-(BkTCkTSk)||SkTCkBk||-1(q^1k+q^2k||ek||)---(30)]]>式中：u1k為狀態(tài)反饋?lái)?xiàng)；u2k為魯棒項(xiàng)；u3k為自適應(yīng)項(xiàng)；ε為小的正常數(shù)；sign(·)表示符號(hào)函數(shù)；分別是q1k、q2k的估計(jì)值，參數(shù)偏差為選擇自適應(yīng)律為q^·1k=||SkTCkBk||q^·2k=||SkTCkBk||·||ek||]]>證明取Lyapunov函數(shù)：Vk=SkTSk+q~1k2+q~2k22---(31)]]>求導(dǎo)可得：V·k=SkTS·k+q~1kq~·1k+q~2kq~·2k=SkT(CkBkWk-ϵsign(Sk)+CkBku3k)+q~1kq~·1k+q~2kq~·2k=SkT(CkBkWk-ϵsign(Sk))-||SkTCkBk||(q1k+q2k||ek||)---(32)]]>把式(26)代入(31)化簡(jiǎn)得：V·k≤-ϵ||Sk||]]>顯然當(dāng)||Sk||≠0時(shí)，表明不確定滑模系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定于滑模面，如式(26)。當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)并保持在滑模面時(shí)，S·k=CkAkXrk-CkX·rk+CkDkI0k+CkBkUrk+CkBkWk+CkBkβek---(33)]]>由式(33)可以得到系統(tǒng)的等效控制為Ueqk=-(CkBk)-1(CkAkXrk-CkX·rk+CkDkI0k+CkBkWk+CkBkβek)---(34)]]>將式(34)代入式(11)可得e·k=Akek-Bkβek---(35)]]>通過(guò)選擇合適的狀態(tài)反饋系數(shù)矩陣β，可以保證系統(tǒng)的滑動(dòng)模態(tài)式(35)的魯棒性，同時(shí)也可以調(diào)整微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器的電壓控制特性。本發(fā)明提出的自適應(yīng)滑?？刂品椒梢员ＷC系統(tǒng)在不確定性和非線性條件下、外界干擾情況下的魯棒性和穩(wěn)定性。實(shí)施例利用PSCAD仿真軟件建立圖1中微電網(wǎng)的仿真模型，系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表1。微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器交流側(cè)電壓參考值設(shè)為220V，50Hz。電流參考值則根據(jù)穩(wěn)定控制器的設(shè)定輸出功率取值。根據(jù)控制系統(tǒng)的滑模面，為保證滑動(dòng)模態(tài)式(25)和(35)的魯棒性以及微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器的穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)特性，狀態(tài)反饋系數(shù)取值分別為β＝30，β＝[0.002,35]，ε＝0.001。分布式電源系統(tǒng)通過(guò)逆變器接入微電網(wǎng)并向電網(wǎng)輸送功率。表1系統(tǒng)參數(shù)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，微電網(wǎng)與主網(wǎng)之間的交換功率設(shè)為20kW(微電網(wǎng)向主網(wǎng)輸送)；分布式電源的輸出功率為20kW；微電網(wǎng)中重要負(fù)荷消耗的功率為20kW。因此微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器的輸出功率設(shè)定為20kW。0.5s時(shí)刻，分布式電源的輸出功率增加為30kW；1s時(shí)刻主電網(wǎng)斷電，微電網(wǎng)與主網(wǎng)斷開(kāi)，轉(zhuǎn)為孤島運(yùn)行，分布式電源輸出功率減小為20kW；1.5s時(shí)刻，分布式電源輸出功率減小為10kW；1.75s時(shí)刻，微電網(wǎng)中增加20kW的負(fù)荷并網(wǎng)。仿真結(jié)果如圖3-9所示。0.5s之前，微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器輸出功率為20kW；0.5s時(shí)，由于分布式電源的輸出功率增加，微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器的輸出功率減小為10kW；1s時(shí)刻微電網(wǎng)孤島運(yùn)行后，微電網(wǎng)內(nèi)的功率平衡，微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器輸出0kW有功功率。在1.5s時(shí)，由于分布式電源的輸出功率減少，微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器輸出10kW有功功率；1.75s時(shí)刻，由于微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷增加，微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器的輸出功率增加為30kW。微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)與主電網(wǎng)之間的交換功率始終保持在20kW。在整個(gè)仿真過(guò)程中，微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器的電壓始終保持恒定。雖然微電網(wǎng)孤島運(yùn)行后，電流諧波含量增加，但符合相關(guān)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。分布式電源的輸出電壓始終保持恒定，仿真結(jié)果表明，分布式電源可以保證穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明提出的自適應(yīng)全局滑?？刂瓶梢员ＷC系統(tǒng)在不確定性和非線性條件下、外界干擾情況下的魯棒性和穩(wěn)定性。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：自適應(yīng)全局滑模控制系統(tǒng)的有效性和正確性以及微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器能夠保證微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率可控；為孤島運(yùn)行情況下的微電網(wǎng)提供電壓、頻率支持；此外，還可以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在2種運(yùn)行模式之間無(wú)縫切換。本發(fā)明的上述實(shí)施例僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3