[發明專利]一種基于無擾動切換的微網多目標運行的優化控制方法

有效

• 申請號: 201811409880.2
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109560572B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 吳瑩;吳彥鵬
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

1.一種基于無擾動切換的微網多目標運行的優化控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：對于多模態運行的切換系統，每個運行模態都有各自的控制器，對子系統i而言，控制器的狀態方程如下：

其中是控制器i的狀態向量，y(t)∈R^q是被控對象的輸出，u_i(t)是控制器的輸出，r∈R^p是要被跟蹤的參考信號，A_i B_i C_i D_i是控制器i的系統矩陣；

為了實現無擾動切換，保證活躍模態切換到休眠模態時的連續性，考慮休眠模態控制器的狀態方程如下：

其中α(t)∈R^p是無擾動切換補償器，保證切換時控制的連續；

將模態依賴的無擾動補償控制器的設計問題轉化為線性二次型的最優控制問題，則相對于控制量和無擾動切換調節量的二次型性能指標函數寫成：

其中u_a(t)是活躍模態控制器的輸出，u_l(t)是休眠模態控制器的輸出，e_u(t)是活躍模態控制器和休眠模態控制器切換之前的輸出誤差，e_y(t)是無擾動補償控制器和參考信號之間的誤差，Q和R是相應維數的正定加權陣；

步驟二：尋找一個容許控制α^*(t)，基于最優控制理論使性能指標函數(3)取為極小值，

首先應用拉格朗日乘子法結合(1)構造增廣泛函如下：

構造哈密爾頓函數H(t)如下：

則增廣泛函被寫成

使取極小值的必要條件是，對任意的和都有成立；

因此得到下面的極值條件

式子(10)結合(4)得到

所以

其中

式子(9)結合(4)得到

假設

λ＝Px_l-g (14)

其中P是黎卡蒂方程的系數，g∈Rⁿ是要求解的伴隨向量；將(11)和(14)帶入(13)，

對式(14)求導，得

將式(11)帶入(2)，然后將其再帶入到式(16)，得

聯合式(15)和式(16)，比較兩個方程中x_l的系數，得到

然后基于式(18)，更進一步，得到著名的黎卡蒂方程，如下：

比較式(15)和式(16)其它系數部分，得到關于的方程

其中

當式(7)中性能函數中的T趨近于無窮，則黎卡蒂方程趨于穩定，所以，當T→∞,那么從式(19)和式(20)，得到：

其中P的值通過求解黎卡蒂方程(22)得到；

當P和g從式(22)和(23)中解出，則拉格朗日因子λ的值從式(14)得出，則式(11)表示的無擾動切換補償控制器α(t)被寫成下面的形式：

其中系數矩陣G由下面的式子給出：

從式(25)中看出，求解出的無擾動切換補償控制器α(t)的系數矩陣G是時不變的，因此離線算出，無擾動切換補償控制器α(t)將驅動休眠模態的控制器實時跟蹤活躍模態控制器，當切換發生時，即從活躍模態切換到休眠模態時，活躍模態控制器平滑的切換到休眠模態的控制器；

步驟三：基于電流的PI控制器來補償傳統下垂控制引起的誤差，因此傳統的下垂控制方程改進為：

其中是參考頻率，是逆變器n的參考輸出電壓；是逆變器n的參考有功電流，是逆變器n的參考無功電流；m_n和n_n是下垂控制系數；I_dn是逆變器n的測量有功電流，I_qn是逆變器n的測量無功電流，δI_dn和δI_qn是從基于電流的PI控制器輸出的作為下垂控制輸入的補償控制信號，具體表述為：

將針對孤島運行模式，基于所設計的基于電流的PI控制器，設計無擾動切換補償控制器α(t)，將孤島模式下的基于電流的PI控制器(27)寫成休眠模態控制器(2)的形式；

對逆變器n的有功電流和無功電流定義輔助狀態向量，如下：

那么從式(2)和式(27)，得到休眠模態控制器(2)的狀態方程系數，如下：

其中k_Idn,k_Pdn和k_Iqn,k_Pqn是PI控制器的參數；

最后，針對孤島運行模態，結合式(28)、(29)根據步驟二給出的計算無擾動切換補償控制器的方法，計算α(t)，保證當從并網運行模態切換到孤島運行模態時的連續平滑的暫態性能；

步驟四：根據微網并網運行模態下的運行目標，設計相應的模態控制器，保證從孤島運行模態到并網運行模態時的無擾動切換。