提高電能品質和電力系統穩定性的V2G系統非線性控制器設計分析

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提高電能品質和電力系統穩定性的V2G系統非線性控制器設計分析

插電式混合動力汽車在有效減少碳排放的同時還可以為電網提供輔助服務，其通過充電接口可以進行充電操作并對電網進行放電操作。插電式混合動力汽車的這一特點使現代電力系統的能源管理策略面臨一系列機遇和挑戰。在車輛到電網（V2G）系統中，插電式混合動力汽車的電池組扮演分布式能源的角色。V2G系統中，電池組的突然放電會引起電網中電壓變化而導致電壓出現不穩定性問題。此外，電子逆變器作為插電式混合動力汽車電池組與電網之間的接口單元，其有效的切換方案是保持整個電力系統電能品質和穩定性的關鍵。對此，設計了一個高性能非線性控制器，其可以提高V2G系統中的電能品質以及電力系統穩定性，并將其與常用的比例積分控制器進行比較。

文中指出，進行控制器設計之前需要建立V2G系統的數學模型。由于電池模型是V2G系統的主要組成部分，因而需要選取合適的電池模型。基于切勞洛在2000年提出的電池模型改進得到所需的電池模型，給出了改進后的電池模型結構圖。之后給出了車輛到電網系統的動力學模型，即V2G系統的數學模型。由于所給出的控制器要求V2G系統的內部動態具有穩定性，因而需要將系統轉化為部分線性和自治的穩定系統。將之前得到的V2G系統數學模型通過反饋線性化變換轉化為一個非線性多輸入、多輸出系統方程。控制器設計共分為以下3步：①非線性坐標變換和V2G系統的部分線性化；②推導設計控制規律；③V2G系統內部動態穩定性分析。文中對上述每個步驟進行了詳細描述。最后，通過一個簡單的測試系統對所提出的控制器進行了性能評價。從試驗結果可以看出，與常用的比例積分控制器相比，所設計的非線性控制器在提高電能品質和整個系統穩定性方面具有較好的表現。

M.A.Mahmud et al. Preprints of the 19th World Congress The International Federation of Automatic Control Cape Town, South Africa August 24-29, 2014.

編譯：王祥