一种光储直流配电系统母线电压高稳定控制方法技术方案

本发明专利技术涉及电气控制技术领域，尤其涉及一种光储直流配电系统母线电压高稳定控制方法。本发明专利技术包括以下步骤：S1：根据直流微电网光储荷功率平衡原则，构建直流微电网内各分布式发电电源的数学模型；S2：通过引入光伏电压增量与时变平滑因子，设计出指数变步长扰动观察法MPPT光伏控制器，实现光伏系统MPPT控制；S3：根据自抗扰控制原理，设计出电池储能系统BESS直流母线电压稳定控制器；S4：将滑模控制引入自抗扰控制器构造中，设计出电池储能系统BESS直流母线电压滑模自抗扰控制器实现网内光储功率的合理分配和母线电压的动态稳定控制，实现光储直流微电网的安全可靠运行。本发明专利技术提高了光储直流微电网可再生能源利用率与供电运行鲁棒稳定性。鲁棒稳定性。鲁棒稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种光储直流配电系统母线电压高稳定控制方法


[0001]本专利技术涉及电气控制
，尤其涉及一种光储直流配电系统母线电压高稳定控制方法。

技术介绍

[0002]传统化石能源的大量使用燃烧所带来二氧化碳排放量的剧增，导致了全球范围内出现温室效应,已无法满足人类社会可持续发展的需要。在全球能源领域，风能和太阳能等可再生能源的规模持续快速扩大，清洁能源技术快速发展，一种电气化、高效化、互联化和清洁化的能源经济正在形成。
[0003]光储直流微电网是高效吸纳光伏能源、灵活满足用户直流需求的一种常见可再生能源应用结构形式，受到越来越多的关注。在光储直流微电网中，光伏系统与BESS系统通过电力电子变换器接入直流母线。为了更大比例的利用可在生能源，光伏系统常设置为主功率供给电源，BESS作为辅助电源，其通过快速的充放电，以维持直流微电网内功率平衡、抑制直流母线电压的波动。虽然直流微电网无需考虑交流系统中的无功功率、频率波动、相位同步和潮流调控等复杂问题，控制目标仅是保持有功功率平衡，维持直流母线电压的稳定，但电力电子系统的高度非线性特点、光伏系统的复杂间歇特性和随机变化的负荷需求，使得高鲁棒性母线电压控制策略成为光储直流微电网应用中的重要研究内容。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决上述问题，提出了一种光储直流配电系统母线电压高稳定控制方法。本专利技术针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是保证了光储直流配电系统母线电压的高稳定运行控制，以确保直流微电网内功率的合理分配。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种光储直流配电系统母线电压高稳定控制方法，包括以下步骤：
[0007]S1：根据直流微电网光储荷功率平衡原则，构建直流微电网内各分布式发电电源的数学模型；
[0008]S2：通过引入光伏电压增量与时变平滑因子，设计出指数变步长扰动观察法MPPT光伏控制器，实现光伏系统MPPT控制；
[0009]S3：根据自抗扰控制原理，设计出电池储能系统BESS直流母线电压稳定控制器；
[0010]S4：将滑模控制引入自抗扰控制器构造中，设计出电池储能系统BESS直流母线电压滑模自抗扰控制器实现网内光储功率的合理分配和母线电压的动态稳定控制，实现光储直流微电网的安全可靠运行。
[0011]作为本专利技术的优选技术方案：所述步骤S1的具体步骤如下：
[0012]步骤S1.1：根据功率守恒原理，光储直流微电网的总功率P
net
平衡方程表示为：
[0013]P
net
＝P
pv
±
P
bess
‑
P
load
ꢀꢀ
(1)
[0014]公式(1)中，P
pv
、P
bess
、P
load
、P
net
分别是光伏输出功率、BESS输出功率功率、直流负
载吸收功率和母线总功率；BESS输出功率在充电模式下为负，在放电模式下为正；在所有运行条件下，恒定的直流母线电压是确保微电网稳定运行的首要任务；为此，稳态恒电压条件下，母线净功率为保持为零，即P
net
＝0；而在动态条件下，功率与电压可表示为：
[0015][0016]公式(2)中，v
dc
和C
dc
分别为母线电压和母线等效电容；
[0017]步骤S1.2：构造光伏发电系统等效数学模型，其等效数学模型为：
[0018][0019]公式(3)中，v
pv
、C
pv
和i
pv
分别为光伏阵列输出电压、滤波电容和输出电流；R1、L1和i
L1
分别为升压变换器电阻、电感和电感电流；i
o1
为直流系统等效负荷电流，电力电子开关S1的占空比控制量为μ1；
[0020]步骤S1.3：构造BESS等效数学模型，其等效数学模型为：
[0021][0022]公式(4)中，v
g
和C
g
分别为BESS蓄电池组端口电压和滤波电容；L2、R
L2
和i
L2
分别为双向DC
‑
DC变换器的电感、电感寄生电阻和电感电流；i
d
为流过电力电子开关S3的电流；i
o2
为直流系统等效负荷电流；R2为阻性负载；P
CPL
表示恒功率负载的功率；i
CPS
表示恒功率源的输出电流，电力电子开关S2的占空比控制量为μ2。
[0023]作为本专利技术的优选技术方案：所述步骤S2的具体步骤如下：
[0024]步骤S2.1：在光伏数学模型的基础上，实现光伏系统MPPT控制；引入电压增量ΔU的时变平滑因子m，m取值在(0,1)之间；
[0025]步骤S2.2：根据m值与相距最大功率点的距离；当距离最大功率点较远时，m取值大；反之，m取值小；时变因子表达式为：
[0026]m＝1
‑
exp(
‑
||ΔP||2)
ꢀꢀ
(5)
[0027]公式(5)中，exp为指数函数，ΔP为功率增量；m值与ΔP呈现指数变化规律，具有变步长特性。
[0028]作为本专利技术的优选技术方案：所述步骤S3的具体步骤如下：
[0029]步骤S3.1：根据公式(4)改写直流母线电压v
dc
数学模型：
[0030][0031]将公式(6)重构为含扰动项的可观测系统：
[0032][0033]公式(7)中，b为控制增益，b＝i
L2
/C
dc
；w(t)为扰动项，w(t)＝(
‑
v
dc
/R2‑
P
CPL
/v
dc
+i
CPS
)/C
dc
；步骤S3.2：求取BESS系统自抗扰控制微分跟踪器；定义母线给定电压跟踪误差信号e1，直流母线电压给定值v
dc*
，定义v
dc*
跟踪信号r1为：
[0034][0035]公式(8)中，ξ1为跟踪速度因子；fal(e,α,δ)为非线性幂次函数，表达式为：
[0036][0037]公式(9)中，α为非线性因子，δ为滤波因子；
[0038][0039]步骤S3.3：求取BESS系统自抗扰控制扩张状态观测器ESO；定义e2为母线电压跟踪误差信号，z1为直流母线电压的跟踪信号，z2为综合扰动项w(t)的观测值为：
[0040][0041]公式(11)中，β1和β2为输出误差校正增益；α2为非线性因子，δ2为ESO滤波因子；步骤S3.4：求取BESS系统自抗扰控制非线性状态误差反馈控制律本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光储直流配电系统母线电压高稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据直流微电网光储荷功率平衡原则，构建直流微电网内各分布式发电电源的数学模型；S2：通过引入光伏电压增量与时变平滑因子，设计出指数变步长扰动观察法MPPT光伏控制器，实现光伏系统MPPT控制；S3：根据自抗扰控制原理，设计出电池储能系统BESS直流母线电压稳定控制器；S4：将滑模控制引入自抗扰控制器构造中，设计出电池储能系统BESS直流母线电压滑模自抗扰控制器实现网内光储功率的合理分配和母线电压的动态稳定控制，实现光储直流微电网的安全可靠运行。2.根据权利要求1所述的一种光储直流配电系统母线电压高稳定控制方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤如下：步骤S1.1：根据功率守恒原理，光储直流微电网的总功率P
net
平衡方程表示为：P
net
＝P
pv
±
P
bess
‑
P
load
ꢀꢀꢀꢀ
(1)公式(1)中，P
pv
、P
bess
、P
load
、P
net
分别是光伏输出功率、BESS输出功率、直流负载吸收功率和母线总功率；BESS输出功率在充电模式下为负，在放电模式下为正；在所有运行条件下，恒定的直流母线电压是确保微电网稳定运行的首要任务；为此，稳态恒电压条件下，母线净功率为保持为零，即P
net
＝0；而在动态条件下，功率与电压可表示为：公式(2)中，v
dc
和C
dc
分别为母线电压和母线等效电容；步骤S1.2：构造光伏发电系统等效数学模型，其等效数学模型为：公式(3)中，v
pv
、C
pv
和i
pv
分别为光伏阵列输出电压、滤波电容和输出电流；R1、L1和i
L1
分别为升压变换器电阻、电感和电感电流；i
o1
为直流系统等效负荷电流，电力电子开关S1的占空比控制量为μ1；步骤S1.3：构造BESS等效数学模型，其等效数学模型为：
公式(4)中，v
g
和C
g
分别为BESS蓄电池组端口电压和滤波电容；L2、R
L2
和i
L2
分别为双向DC
‑
DC变换器的电感、电感寄生电阻和电感电流；i
d
为流过电力电子开关S3的电流；i
o2
为直流系统等效负荷电流；R2为阻性负载；P
CPL
表示恒功率负载的功率；i
CPS
表示恒功率源的输出电流，电力电子开关S2的占空比控制量为μ2。3.根据权利要求2所述的一种光储直流配电系统母线电压高稳定控制方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤如下：步骤S2.1：在光伏数学模型的基础上，实现光伏系统MPPT控制；引入电压增量ΔU的时变平滑因子m，m取值在(0,1)之间；步骤S2.2：根据m值与相距最大功率点的距离；当距离最大功率点较远时，m取值大；反之，m取值小；时变因子表达式为：m＝1
‑
exp(
‑
||ΔP||2)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)公式(5)中，exp为指数函数，ΔP为功率增量；m值与ΔP呈现指数变化规律，具有变步长特性。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：茅靖峰，戴腾飞，吴爱华，张旭东，余修勇，郑军强，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：