[發明專利]一種基于反步滑模的電力彈簧電壓控制方法

在審

• 申請號: 201710772152.7
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107579526A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 王寶華;周榮;白凡;馮愛成;李明磊
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02J3/12
• 分類號: H02J3/12;H02J3/38
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 馬魯晉

技術領域

本發明屬于智能電網技術領域，特別是一種基于反步滑模的電力彈簧電壓控制方法。

背景技術

近年來，可再生能源特別是光伏和風力發電發展迅速，微電網將分布式電源、儲能裝置、負荷及控制系統等結合，形成一個協調可控的、能夠自我管理的系統，是集成和利用可再生能源的有效方式。但是，一方面可再生能源發電易受到外界自然條件的影響，其出力具有間歇性、隨機性和不可預測性等特點；另一方面，由于微電網容量和慣性比較小，自我調節能力不足。所以在微網內當可再生能源出力波動和負載波動時，會對電壓穩定性造成影響。

為了有效解決微電網中的電壓波動問題，香港大學的許樹源教授于2012年提出了電力彈簧的概念，電力彈簧的思想是把負載分為關鍵性負載與非關鍵性負載，在微電網中的電壓波動，把關鍵性負載電壓穩定在目標值范圍內，將電壓(能量)波動傳遞給非關鍵性負載。電力彈簧讓負載的耗電量隨可再生能源發電量的改變而改變，可以有效克服可再生能源發電的不可預測性和間歇性。其本質是部分犧牲非關鍵負載上的穩定性，保證關鍵負載和整個系統的電壓穩定。

在應用時，電力彈簧的最終目標是使關鍵負載上的電壓跟蹤給定參考值，從而保證電壓的穩定性。目前電力彈簧的控制方法主要為PI和PR控制，但電力彈簧中的逆變器也是一類典型的開關型非線性系統，傳統的線性控制方法雖然結構簡單，但應用于該類系統時，其快速性和精確性不能達到理想要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有良好穩態與動態特性的實現電力彈簧接入點電壓穩定的反步滑模控制方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于反步滑模的電力彈簧電壓控制方法，包括以下步驟：

步驟1、根據電力彈簧的電路結構圖，建立電力彈簧的數學模型；該模型為：

式中，C為交流側濾波電容，L為交流側濾波電感，u_es為電力彈簧的輸出電壓，i_L為濾波電感電流，i_nc為流過電力彈簧和非關鍵負載的電流，u_inv為逆變器交流側輸出電壓。

步驟2、以濾波電容電壓及其導數為狀態變量，得到包含參數攝動和外部擾動的非精確狀態方程為：

其中，狀態變量x₁為電力彈簧的輸出電壓u_es，狀態變量x₂為電力彈簧輸出電壓的導數ω(t)為包含濾波器LC參數攝動和外部擾動的不確定項總和。

濾波器LC參數不確定項和外界干擾的總不確定項ω(t)為：

式中，Δ₁、Δ₂為系統濾波參數的不確定性部分；Δ₃為外界干擾，由逆變器直流側電壓不穩定和負載波動引起。

步驟3、以跟蹤誤差作為控制輸入量，將反步法與滑模控制方法相結合，構建電力彈簧的反步滑模控制律為：

式中：u_inv即為根據反步滑模方法得到的反饋控制律；z₁＝x₁+u_nc-u_{s_ref}為根據控制目標定義的第一個跟蹤誤差，其中，u_nc為非關鍵負載上的電壓，u_{s_ref}為電力彈簧的輸入電壓參考值；為反步法中設計的中間虛擬控制變量，其中，c₁＞0為反饋控制參數；s＝x₂-α為反步法中第二個跟蹤誤差，也是所定義的滑模面；c₂＞0，η＞0為滑模控制參數；sgn為符號函數。

步驟4、將反饋控制律作用于脈沖寬度調制PWM，對電力彈簧的逆變器進行控制，以穩定電力彈簧接入點的電壓。