基于微分幾何理論的直流微電網控制策略研究

韓小雨 李田澤 陳洪濤

關鍵詞： 直流微電網; 非線性控制; 微分幾何原理; 魯棒控制的μ綜合方法; Simulink; 控制器

中圖分類號： TN710?34; TM73 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2019）01?0129?05

Abstract： The nonlinear droop control is mostly used in microgrid inverter， which makes the microgrid have the function of frequency modulation. However， this kind of frequency modulation as primary frequency modulation can′t modulate the frequency without difference， has the disadvantages in the operation of microgrid system， and is harmful to the stable operation of electric power system. Aiming at the shortcomings of nonlinear control， a simplified equivalent model of DC microgrid is taken as the research object， the traditional microgrid nonlinear control system is transformed into a linear control system， and the differential geometry principle is used to establish the affine nonlinear system of the equivalent model. The μ?synthesis method based on robust control is adopted to establish the rational controller K， and obtain the nonlinear robust controller of the system. The Simulink simulation results show that the dynamic stability of the system is perfect when the external parameters of the system are changed.

Keywords： DC microgrid; nonlinear control; differential geometry principle; μ?synthesis method for robust control; Simulink; controller

0 ?引 ?言

傳統(tǒng)能源的大量消耗使得新能源的重要性日益凸顯，以光伏、風機、燃料電池和微型燃氣輪機為代表的新型分布式發(fā)電技術的廣泛應用引起了研究人員的普遍重視。隨著配電網中分布式電源滲透率的迅速增長，其對配電網本身的安全性和穩(wěn)定性造成了嚴重影響[1]。微電網作為新能源與配電網的中間媒介，可以有效緩解新能源對配電網造成的沖擊[2]。同時微電網本身是由負載、分布式能源、儲能裝置、電力電子變換器結合在一起的小型分配電系統(tǒng)，既可以與配電網工作在并網模式下，又可以獨立工作在孤島模式下，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性[3]。微電網一般可分為直流微電網與交流微電網。直流微電網因為結構簡單，無需對電壓的相位和頻率進行跟蹤，而且不存在渦流損耗和無功補償?shù)葐栴}，成為電力工業(yè)的主要研究方向[4]。

隨著電力電子技術的發(fā)展，直流微網電力電子化是未來能源發(fā)展的趨勢之一。分布式電源、本地負載和儲能裝置都通過整流逆變裝置接入直流母線，同時多電子器件之間的相互作用是造成直流微電網系統(tǒng)不穩(wěn)定的重要原因[4]，許多學者對此做了大量研究。文獻[5]通過對微源和儲能測DC/DC變換器進行小信號建模，研究了負荷功率類型，變流器下垂系數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，不過該方法依然利用傳統(tǒng)的近似線性化方法，且前期需要大量的矩陣運算。文獻[6]從振蕩系統(tǒng)的耦合出發(fā)，通過引入源側變換器電感的多相性，選取合適的耦合系數(shù)可以達到抑制振蕩的作用，但是該方法局限性太大，而且仍然采用平衡點處近似等效，沒有形成一個普遍的解決方案。

本文基于微分幾何原理，通過構建恰當?shù)淖鴺宿D換，使傳統(tǒng)非線性系統(tǒng)轉化為線性系統(tǒng)，并且完整保留了系統(tǒng)的非線性特性，得到完全解析表達式的非線性控制規(guī)律[7?9]，可以對此類問題形成一種普遍的解決方案，易于工程實現(xiàn)。

4 ?結 ?論

直流微電網系統(tǒng)內帶有大量的恒功率負載和電力電子元器件，給系統(tǒng)本身的穩(wěn)定運行帶來了不利影響。本文利用狀態(tài)反饋精確線性化的方法對直流微電網的簡化等效模型進行建模，得到線性系統(tǒng)的布魯諾夫斯基標準型，采用魯棒控制μ方法設計控制器，仿真結果表明外界條件變化時，系統(tǒng)動態(tài)性能良好。

注：本文通訊作者為李田澤。

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