[發明專利]基于切換系統的獨立微電網穩定控制方法

在審

• 申請號: 202110027932.5
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112838617A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 孫麗穎;林永鑫
• 申請（專利權）人: 遼寧工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24;H02J3/32
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

本發明涉及一種基于切換系統的獨立微電網穩定控制方法，步驟為：將儲能系統作為主控單元的獨立微電網，建立三階虛擬同步發電機實用模型的子系統I；將柴油發電機作為主控單元的獨立微電網，建立同步發電機模型的子系統II；應用Backstepping分別設計子系統I和子系統II的非線性控制器，同時構建兩個子系統的Lyapunov函數，構成多Lyapunov函數；采用硬充電策略設計子系統I和子系統II的切換律，應用多Lyapunov函數和駐留時間的方法保證系統的穩定性。本發明中系統無論是使用儲能裝置還是柴油發電機作為主控單元，在控制器的作用下均可以很快達到穩定，本發明的控制器可以不間斷的維持系統的電壓和頻率的穩定性，在不需要停電的情況下實現平滑切換。

技術領域

本發明涉及獨立微電網穩定技術領域，具體涉及一種基于切換系統的獨立微電網穩定控制方法。

背景技術

獨立微電網指的是將小型發電單元(分布式電源)、儲能裝置以及負荷組合起來形成的配用電系統。它既可以與常規電網相連并網運行，也可以作為獨立微電網單獨運行。獨立微電網中的典型能源包括常規發電機組(柴油發電機、燃料電池)和可再生能源(如風電或光伏系統等)，雖然可再生能源分布式發電具有綠色清潔發電的優點，但是由于這些可再生能源的本質是分散的，且受制于自然氣候條件等各種因素的影響而導致可再生能源分布式電源的出力是間隙的、難以控制的，所以可再生能源分布式電源的規模化接入會對傳統電力系統的正常運行造成重大沖擊和諸多不良影響(電能質量、發電調度、調峰調頻和容量規劃等方面)，甚至會造成資源浪費現象嚴重、綜合經濟效益低下等問題。為了最大程度地使用可在生能源產生的電能，一般要安裝儲能系統。在實際工程中，電池儲能系統的成本較高，使用時間有限，應盡量減少電池的充放電次數以降低運行成本。

對于微電網的控制策略包括主從控制和對等控制，而獨立微電網僅為孤島運行模式，所以獨立微電網的控制策略一般選用主從控制(master-slavecontrol)，即由主控單元控制系統的電壓頻率穩定，從控單元保持最大功率輸出。由于儲能系統的電能約束條件，獨立微電網中的主控單元存在著切換特性，當儲能系統能量不足時，切換到柴油發電機給系統供能并給儲能系統充電。在切換過程中可能會引起主控單元之間的電壓、頻率偏差過大，從而引起系統失穩。

切換系統的理論是近年來現代工業控制的一個熱點，它是一種即包含連續子系統和離散子系統的混雜系統，可以簡單理解為是連續動態系統由離散時間驅動，忽略了離散動態細節，以一定的切換規律在若干個子系統中進行切換的系統。隨著切換系統理論的日益成熟，越來越多的研究工作將切換系統的理論應用于電力系統中。有文獻通過在儲能系統下垂控制引入輔助功率控制信號，提出了柴油發電機和儲能電池雙主電源的無縫切換控制策略。有文獻基于Hamilton方法對虛擬同步發電機進行建模和控制研究。有文獻針對微電網的并網和孤島模式的切換問題，分別對兩種模式設計線性魯棒控制器，使系統都能穩定地運行在兩種模式下。然而在實際工程中，微電網是一個含有不確定性的非線性系統，使用線性模型分析系統的穩定性可能會導致系統崩潰。

發明內容

發明目的：本發明提出一種基于切換系統的獨立微電網穩定控制方法，其目的在于解決現有獨立微電網的控制方法穩定性差的問題。

技術方案：

一種基于切換系統的獨立微電網穩定控制方法，步驟為：

1)將儲能系統作為主控單元的獨立微電網，建立三階虛擬同步發電機實用模型的子系統I；將柴油發電機作為主控單元的獨立微電網，建立同步發電機模型的子系統II；

2)應用Backstepping分別設計子系統I和子系統II的非線性控制器，同時構建兩個子系統的Lyapunov函數，構成多Lyapunov函數；

3)采用硬充電策略設計子系統I和子系統II的切換律，應用多Lyapunov函數和駐留時間的方法保證系統的穩定性。

步驟1)中，子系統I為：