一種直流微網母線電壓魯棒自治控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于微網變流器控制技術領域，涉及一種基于非線性干擾觀測器的直流微 網母線電壓魯棒自治控制算法。
【背景技術】
[0002] 微電網技術的提出旨在實現分布式電源的靈活、高效應用，解決數量龐大、形式多 樣的分布式電源并網運行問題，有助于當電網災變時向重要負荷持續供電，避免間歇式電 源直接影響本地用戶電能質量，具有重要的經濟意義和社會價值。同交流微電網相比，直 流微電網可更高效可靠地接納風、光等分布式可再生能源發電系統、儲能單元、電動汽車及 其他直流用電負荷，成為智能電網領域研究的新熱點之一。如何對直流微電網內不同類型 分布式發電單元、儲能、直流負荷以及交直流接口變流器等進行協調控制，保證系統穩定運 行，是目前直流微電網運行控制技術研究關注的重點。
[0003] 直流母線電壓是衡量直流微電網內功率平衡的唯一指標。為了提高供電可靠性， 直流微電網系統通常采用多臺主電源共同調節直流母線電壓。當系統中的所有主電源在控 制上具有相同地位時，就稱其為對等控制。此時，即使某臺主電源由于故障而退出運行，該 直流微電網依然能夠維持正常工作。作為對等控制策略的一種實現方式，下垂控制由于無 需依賴高速通信，易于實現"即插即用"，且可靠性較高，在直流微電網中得到了廣泛關注和 應用[1-2]。文獻[3]通過建立直流微電網的狀態空間平均模型，分析了控制參數對系統穩 定性的影響，得出合理的控制參數能夠有效保證系統的穩定性。文獻[4]側重于研究下垂 控制的直流微電網穩定性問題，通過小擾動近似，得到了適用于任意結構的微電網的穩定 運行條件。文獻[5]建立了獨立運行直流微電網的大信號模型，為系統參數設計提供了一 種穩定性判據，但是文中忽略了控制系統對等效模型的影響。文獻[6]針對LC濾波器容易 導致直流微電網發生諧振的問題，提出了一種分布式的振蕩抑制策略，然而多個阻尼控制 器之間的相互作用會增加參數設計的復雜性。
[0004] 上述文獻主要關注直流微電網的穩定性問題，而對如何提高直流母線電壓控制系 統的動態響應研究較少。
[0005] 參考文獻
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【發明內容】
[0013] 本發明針對直流微電網母線電壓穩定控制，克服現有技術的上述不足，提供一種 有效的直流微電網母線電壓魯棒自治控制方法，通過設計一種非線性干擾觀測器，并對常 規直流母線電壓下垂控制和擾動電流前饋控制算法進行相應改進，達到同時提高直流微電 網母線電壓控制系統的動態響應和穩定性，并實現微電網自治運行和分布式電源即插即用 的目的。
[0014] 為此，本發明采用如下技術方案。
[0015] -種直流微網母線電壓魯棒自治控制方法，采用非線性干擾觀測器、直流母線電 壓下垂控制和電壓/電流雙環控制相結合，其特征在于，
[0016] (1)建立DC-DC變流器模型，其表達式如下：
[0017]
[0018] 式中，C代表直流母線電容；L為直流側電感；us、ud。分別表示儲能端口電壓和直流 母線電壓；ibat、i。分別表示儲能輸出電感電流、高壓側輸出電流和DC-DC輸出電流；d2為 開關管S2的占空比；
[0019] (2)通過非線性干擾觀測器對DC-DC變流器輸出電流進行跟蹤，采用基于二階通 用積分環節的帶通濾波環節對觀測器輸出結果進行濾波，其表達式如下：
[0020]
[0021] 式中，表示該直流母線電壓控制單元輸出電流的觀測值，z為觀測器中間狀 態變量，1為觀測器增益，取為1e[2, 5];(為i。的觀測值；ω。為交流負荷或電網電壓頻 率；增益kf取0. 5~1. 5 ;
[0022] (3)直流母線電壓下垂控制中輸出電流采用非線性干擾觀測器輸出結果；
[0023] (4)電壓/電流雙環控制中采用非線性干擾觀測器輸出結果的擾動電流前饋控制 方法。
[0024] 本發明提出的基于非線性干擾觀測器的直流微網母線電壓魯棒自治控制方法，既 能實現直流微電網對等控制和自治運彳丁，還能有效提尚控制系統動態響應，抑制暫態直流 母線電壓波動和沖擊，有利于直流微電網內分布式電源和負荷的擴展和即插即用。
【附圖說明】
[0025] 圖1典型直流微電網結構圖和儲能單元及其相應DC-DC變流器結構圖；
[0026] 圖2基于非線性干擾觀測器的直流微網母線電壓魯棒自治控制方法；
[0027] 圖3(a)和（b)分別為常規控制算法與本發明控制算法實驗波形圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面根據說明書附圖，對本發明的技術方案進一步詳細表述。
[0029] 如圖1(a)所示，直流微電網內分布式電源、儲能系統及負荷等均需通過相應的 DC-DC或DC-AC變流器接入直流母線；雙向DC-AC變流器作為直流微電網與外部交流電網 之間的能量轉換接口，可實現交直流系統間的功率交換與相互支撐。為實現直流微電網并 網和獨立兩種運行模式的無縫切換，通常可由直流系統內可控型分布式電源或儲能單元及 其相應的DC-DC變流器（如圖1(b)所示）來控制直流母線電壓。本
【發明內容】
主要應用于 圖1(b)所示DC-DC變流器控制，用以控制直流母線電壓，維持直流微電網內功率和能量平 衡。
[0030] 在具體介紹本發明的技術方案之前，先介紹下該方法應用的控制對象的建模，即 圖1 (b)所示DC-DC變流器數學模型，其表達式如下：
[0031]
(1)
[0032] 式中，C代表直流母線電容；L為直