[發明專利]一種考慮通信延遲的互聯直流微電網功率控制方法

在審

• 申請號: 202110177487.0
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112952792A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 徐紀元
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹蕓

1.一種考慮通信延遲的互聯直流微電網功率控制方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：第一級控制器采集變換器的輸入電感電流，輸出電流及母線電壓，經過電壓、電流雙閉環PI控制，輸出控制信號給開關管，控制其占空比；

設MG1和MG2兩個直流微電網互聯為互聯微電網系統，其第一級控制器用以下公式表達：

其中：x_c11(t)＝[x₁₁ x₂₁]為MG1第一級控制器的狀態，為x_c11(t)的一階量，x₁₁，x₂₁分別為控制器中經過兩個比例積分變換環節后得到的值，x_c12(t)＝[x₁₂ x₂₂]為MG2第一級控制器的狀態，為x_c12(t)的一階量，x₁₂，x₂₂分別為控制器中經過兩個比例積分變換環節后得到的值；為MG1第二級控制器的狀態，，v_avg1為平均母線電壓，v_in1為輸出到第一級控制器的值，為第MG2中第二級控制器的狀態，v_avg2為平均母線電壓，v_in2為輸出到第一級控制器的值；

x_p1(t)＝[u_o1 i_L1]為MG1變換器的狀態，u_o1為變換器輸出電壓，i_L1為變換器輸入端電感電流；x_p2(t)＝[u_o2 i_L2]為MG2變換器的狀態，u_o2為變換器輸出電壓，i_L2為變換器輸入端電感電流；C₁,D₁,E₁,C₂,D₂,E₂為系數矩陣；

步驟2：第二級控制器中，每個MG保存k時刻自身的母線電壓采樣值，然后采集另一個MG的平均母線電壓，經過離散一致性計算后得到下一時刻的平均母線電壓，每個微電網保存k時刻自身的母線電壓采樣值，并采集k時刻另一個微電網的平均母線電壓，經過計算后得到收斂后k+1時刻的平均母線電壓，其計算公式如下：

V₁^avg(k+1)＝ε·[V₂^avg(k)-V₁^avg(k)]+v_dc1(k)

V₂^avg(k+1)＝ε·[V₁^avg(k)-V₂^avg(k)]+v_dc2(k)

其中：V₁^avg(k)和V₂^avg(k)分別為MG1和MG2在k時刻的平均母線電壓，V_dc1(k)和V_dc2(k)分別為MG1和MG2在k時刻的母線電壓采樣值，V₁^avg(k+1)和V₂^avg(k+1)分別為MG1和MG2在k+1時刻的平均母線電壓，ε為修正系數；

得到k+1時刻的平均母線電壓后，跟參考電壓作比較，通過一個PI調節器后，得到一個補償量，作為控制信號進入第一級控制器；用以下公式表達：

其中：分別為x_c21(t)，x_c22(t)的一階量；F₁,G₁,H₁,F₂,G₂,H₂為系數矩陣；

步驟3：對系統進行時滯穩定性分析，分析方法如下：

設互聯系統為微電網MG1和MG2的互聯，MG1的變換器狀態空間為：

MG2的變換器狀態空間為：

其中：u₁(t)＝d₁，u₂(t)＝d₂，為x_p1(t)的一階量，d₁為MG1控制器輸出到開關管的占空比；為x_p2(t)的一階量，d₂為MG2控制器輸出到開關管的占空比；A_p1，B_p1，A_p2，B_p2為系數矩陣；

設x(t)為MG1和MG2兩個直流微網組成的互聯系統的狀態，有：

x(t)＝[x_p1 x_p2 x_c11 x_c12 x_c21 x_c22]

對變換器-控制器組成的微電網系統進行時滯數學模型建模，得到如下形式的模型：

其中x(t)為系統的狀態變量，為x(t)的一階量，τ為通信時滯，A和A_d為系數矩陣；

采用以下方法對上述模型進行穩定性分析：

設標量ρ0,μ0,若存在對稱正定矩陣P＝P^T0,Q＝Q^T0,Z＝Z^T0,對稱半正定矩陣以及合適的常數Y和T，使得下列矩陣不等式成立：

其中：Φ₁₁＝PA+A^TP+Y+Y^T+Q+ρX₁₁

Φ₁₂＝PA_d-Y+T^T+Q+ρX₁₂

Φ₂₂＝-T-T^T-(1-μ)Q+ρX₂₂

上式中，A^T,N^T,Y^T,分別表示A,A_d,N,Y,Φ₁₂,X₁₂的轉置,Ψ在矩陣不等式中要求大于等于0；

當ρ的取值滿足矩陣不等式條件時，ρ即為允許的通信時滯，以此為依據獲得系統穩定所允許的時滯上界；

步驟4:采用以下方法對設計系統的時滯狀態反饋控制器：

對于步驟3所建模型，對于任意的常數μ₁0,μ₂0,如果存在標量ε_i0,i＝1,2,3,α₁0,α₂0,對稱正定矩陣X0,W0,和具有適當維數的矩陣Y,K,Q,R有如下線性矩陣不等式成立

a₁+α₂＜1

其中：

Φ₁₄＝A_dX-Y

Φ₁₆＝-Φ₁₃

Φ₂₂＝diag[dμ₁X μ₂X -ε₁I -ε₃I -Q^-1 -R^-1]

Φ₃₄＝A_dX-Y

Φ₄₄＝-W

Φ₅₅＝-ε₂I

其中：C＝E₁＝E₂＝E₃＝1，D₁＝D₂＝D₃＝0，表示K的線性增廣矩陣，X^T表示X的轉置；

知系統為漸進穩定，得到狀態反饋控制器為u(t)＝Kx(t)。