[發明專利]基于自適應滑模控制策略的高滲透光伏電站并網特性研究方法

在審

• 申請號: 202010577012.6
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111682589A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 常瀟;趙軍;王金浩;肖瑩;雷達;張世鋒;樊瑞;高樂;梁定康
• 申請（專利權）人: 國網山西省電力公司電力科學研究院;國網山西省電力公司;太原理工大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.一種基于自適應滑?？刂撇呗缘母邼B透光伏電站并網特性研究方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)設計高滲透率光伏電站并網逆變器側電流控制狀態方程：

①建立系統的功率回路方程以及逆變器側電流控制的傳遞函數，過程如下：

帶LCL濾波器的并網逆變器的功率回路方程如下：

其中，u_g是電網電壓；u_i是逆變器側輸出電壓；u_c是濾波器中電容電壓；i₁是流經逆變器側電感L₁的電流；i₂是流經網側電感L₂的電流；

采用逆變器側電流i₁間接控制并網電流X₃＝u_c的方法，則得到逆變器側電流i₁與逆變器輸出電壓u_i的傳遞函數關系如下：

②去掉濾波器中的電容電感的寄生電阻，并網逆變器的各變量關系如下：

令X₁＝i₁,X₂＝i₂,X₃＝u_c得：

化簡得到：

(2)設計局部滑動模態滑?？刂疲簎_r為經過下垂控制得到的參考電壓；e為濾波輸出電壓u₀與參考輸出電壓u_r差值；

①將系統方程(Ⅲ)簡化為一個典型的非線性系統，采用下式來表達：

根據高滲透率光伏電站并網逆變器側電流控制方程，設其狀態空間中存在的切換面為：

S(x)＝S(x₁,…x_n,t)＝0 (2)

根據下式，

控制量u＝u(x)在切換面s(x)＝0上面進行切換；

假設系統是一個非線性單輸入系統，狀態空間被切換面分為上下兩部分，分別是S(x)＞0和S(x)＜0；

采集切換面上存在的三個運動點A、B、C，A、B、C代表了三種情況：

a.A點為常點：系統運動點臨近到切換面S＝0時，穿過此點繼續運動；

b.B點為起點：系統運動點臨近到切換面S＝0時，從切換面的兩側離開該點；

c.C點為止點：系統運動點運臨近到切換面S＝0時，從切換面的兩側不斷逼近該點，最終保持不變；

由于滑動模態區中的所有點都是止點，則當運動點不斷靠近切換面時，滑動模態的存在前提如下：

當運動點離得切換面較近，且到達切換面的時間有限時，則滑動模態的局部到達條件為：

其中，切換函數S(x)能平滑經過原點，即S(0)＝0；

當運動點處于任意位置，且可以遠離切換面時，則滑動模態的全局到達條件為：

考慮式(5)和(6)，可以用下式表達到達條件：

其中，δ＞0，δ可取任意??；

采用下式李雅普諾夫型的到達條件來代替上述到達條件：

其中，V(x)為定義的李雅普諾夫函數，若V(x)正定，負定，則系統最終穩定于切換面；

②建立滑模控制系統；通過設計切換函數S(x)和滑動模態控制律u^±(x)來建立滑?？刂葡到y，設計過程如下：

a.切換函數S(x)的設計：

為了保證滑模具有良好的性能質量和漸進穩定性，S(x)采用如下形式：

其中，e為跟蹤誤差，多項式P(p)＝c₁+c₂p+…+c_n-1p^(n-2)+p^(n-1)為Hurwitz穩定，c_i為正常數，i＝1,…n-1，其值取決于跟蹤誤差衰減速度；

b.滑動模態控制律u^±(x)的設計：

為了滿足到達條件，控制律一般表達為等效控制u_eq加切換控制u_sw，如下式：

u＝u_eq+u_sw (10)

其中，等效控制項u_eq為無外加干擾時的趨近模態運動；切換控制項u_sw為存在外加干擾和不確定性時的滑動模態運動；

(3)設計濾波參數自適應律：

設計三階滑模面，如下：

對其求導，得下式：

設計如下控制律：

其中，u_in-sw、u_in-tr分別為控制輸入的開關項和跟蹤項；ρ(t)為開關增益，需要滿足滑模面的存在條件ρ(t)＞|d(t)|；分別為h₁(t)、h₂(t)的觀測值：

γ₁、γ₂分別為h₁、h₂的自適應系數，為正常數；

為了驗證由式(13)、(14)組成的滑模系統的穩定性，引入了李雅普諾夫函數：

式中，分別為h₁(t)，h₂(t)的跟蹤誤差；

對式(15)求導，得下式：

把式(12)、(14)代入式(16)，可得：

由式(15)、(17)得，V₁正定，半正定，V₁＞0及不能總滿足因此，滑模系統在處漸進穩定；

(4)設計開關增益自適應律：

引入自適應開關增益來實時預測與i₀相關的外部擾動邊界值，開關增益的自適應算法表達如下式：

其中，是ρ(t)的觀測值，γ₃是開關增益的自適應系數，為正常數；

用代替式(13)中的ρ(t)，控制輸入的開關項表示如下：

(5)穩定性分析：

由式(11)所得；分別為h₁、h₂、ρ的觀測值，由式(14)、(18)所得；u_in-tr為控制輸入電壓的跟蹤項；由式(13)所得；u_in-sw為控制輸入電壓的開關項：

為了驗證式(11)所示滑模面的全局漸進穩定性，引入了如下的李雅普諾夫函數：

其中，為ρ的觀測誤差；

對V₂求導，并且把式(16)、(17)和(18)考慮在內，得下式：

由于V₂(t)非遞增，因此S_u、和是有界的；

定義如下函數：

對式(22)積分，得：

由于是有界函數，是非遞增有界函數，得結果如下：

M₁∈[0,∞)是均勻連續的，由Barbalet引理，可以推出：lim_t→∞M₁(t)＝0；結果表明：當t→∞時，S_u→0；由此得出，提出的控制系統保證了全局漸進穩定性；

(6)設計迭代學習與自適應滑模結合的控制系統：

設計為：內環為自適應滑?？刂?，外環為迭代學習控制，控制規律如下：

其中u_k(t)為控制量，e_k+1(t)為誤差，t為采樣時間，k為迭代次數，P₀(t)、I₀(t)、D₀(t)分別為比例、積分、微分系數；

最后將u_k+1(t)和步驟(3)當中的u_in(t)同時輸入調節機構，對于整個裝置進行調節控制。