[發(fā)明專利]一種帶儲能的微電網(wǎng)頻率魯棒最優(yōu)H2

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• 申請日: 2022-11-07
• 公開（公告）號: CN115622131A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設計）人: 錢晶;曹飛;彭昆;曾云;鄒屹東;李立勝;李祥
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/46;H02J3/28;H02J3/24
• 代理公司: 昆明人從眾知識產(chǎn)權代理有限公司 53204
• 代理人: 李曉亞

本發(fā)明公開一種帶儲能的微電網(wǎng)頻率魯棒最優(yōu)H₂/H_∞控制器設計方法，針對微電網(wǎng)中由于風、光等新能源出力波動和負荷變化引起的頻率震蕩問題，構建了利用儲能和水電機組共同調(diào)頻的微電網(wǎng)系統(tǒng)，儲能電池的引入可以有效提高微電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性；本發(fā)明提出利用LMI工具求解輸出反饋魯棒H₂/H_∞控制器，并采用海鷗智能算法優(yōu)化控制器的相關參數(shù)，使控制器的控制性能達到最優(yōu)，在水光儲微電網(wǎng)的二次調(diào)頻回路引入所設計的控制器，通過控制水電機組和儲能電池出力來提高系統(tǒng)的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)運行特性，使微電網(wǎng)頻率偏差保持在允許范圍內(nèi)；本發(fā)明以水光儲微電網(wǎng)狀態(tài)空間模型的頻率控制方法為主要特征，兼顧了系統(tǒng)魯棒性和魯棒穩(wěn)定性，具有理論研究和工程實用價值。

技術領域

本發(fā)明屬于微電網(wǎng)技術領域，具體涉及一種基于智能算法優(yōu)化的輸出反饋魯棒最優(yōu)H₂/H_∞微電網(wǎng)頻率控制器的設計方法。

背景技術

隨著當今社會電力需求的擴大，電力行業(yè)面臨著建設高成本發(fā)電廠和輸配網(wǎng)絡等問題。利用風光水等分布式能源給一些本地負荷供電組成微電網(wǎng)，是解決這一問題的重要方案。由于風、光等新能源輸出功率的波動性以及負荷側用電功率的隨機性，容易導致微電網(wǎng)頻率震蕩，嚴重影響區(qū)域供電質(zhì)量。因此，研究提高微電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性的控制方法具有重要意義。

為了保持微電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，傳統(tǒng)的方法是采用PID控制，PID控制器原理簡單、易于實現(xiàn)，但控制器的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能并不理想。有文獻利用模糊控制方法設計了一種頻率控制器，該方法對系統(tǒng)參數(shù)攝動具有較好的魯棒性，缺點是控制精度不能得到保證。滑模控制、自抗擾控制，這些現(xiàn)代控制理論在微電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定控制中都獲得了很好的魯棒性和動態(tài)性能，但計算過程復雜，算法本身的穩(wěn)定性證明也是難點，但充分顯示出智能算法在微電網(wǎng)頻率穩(wěn)定方面的應用前景是非常廣闊的。

魯棒理論控制策略被認為是在電源出力不穩(wěn)定和負載擾動下實現(xiàn)微電網(wǎng)良好運行的最佳解決方案之一，但很多魯棒控制器的設計只關注H_∞范數(shù)表示的魯棒性能指標，而對表征系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性能指標的H₂范數(shù)缺乏考慮。H₂/H_∞魯棒控制器同時兼顧著魯棒性和動態(tài)穩(wěn)定性，其總體性能與評價函數(shù)矩陣和范數(shù)權重的選取息息相關，傳統(tǒng)的方法是采用經(jīng)驗法或試錯法選取，不僅工作量大，且很難尋找到最優(yōu)解，運用智能算法進行魯棒控制器參數(shù)尋優(yōu)是近年來重要的優(yōu)化方向。

發(fā)明內(nèi)容

針對微電網(wǎng)中功率擾動引起的頻率波動的問題，本發(fā)明提供一種帶儲能的微電網(wǎng)頻率魯棒最優(yōu)H₂/H_∞控制器設計方法，通過控制水電機組和儲能電池出力補償光伏和負荷的波動，使得微電網(wǎng)頻率達到穩(wěn)定。

本發(fā)明技術方案如下：

一種帶儲能的微電網(wǎng)頻率魯棒最優(yōu)H₂/H_∞控制器設計方法，用于解決水光儲微電網(wǎng)中由于光伏出力和負荷波動引起的頻率穩(wěn)定問題，包括以下步驟：

步驟1：建立水光儲微電網(wǎng)的負荷頻率調(diào)節(jié)線性模型，得到水光儲微電網(wǎng)的狀態(tài)空間方程；

步驟2：根據(jù)魯棒H_∞多目標控制原理，設計基于LMI工具求解的輸出反饋魯棒H₂/H_∞控制器；步驟3：將海鷗智能算法應用于魯棒控制器Z₂/Z_∞性能評價矩陣參數(shù)和性能權重范數(shù)尋優(yōu)，得到魯棒最優(yōu)H₂/H_∞頻率控制器。

優(yōu)選的，步驟1建立水光儲微電網(wǎng)的負荷頻率調(diào)節(jié)線性模型，得到水光儲微電網(wǎng)的狀態(tài)空間方程，具體步驟為：

步驟1-1，首先建立水光儲微電網(wǎng)的頻率變化模型，微電網(wǎng)中的功率變化會導致頻率變化，頻率變化動態(tài)模型信號分析表示如下：