一种直流微电网带恒功率负荷的稳定控制方法及系统技术方案

本公开提供了一种直流微电网带恒功率负荷的稳定控制方法及系统，所述方案基于动态一致性算法推导得出电压与功率的预测模型，并结合恒功率负荷接入下的稳定运行轨迹定义系统不稳定因子；通过采用分布式模型预测控制，所构建的代价函数中包含电压、功率与不稳定因子三个控制目标，通过迭代优化求解出最优控制量，最后，通过所述控制量动态地调整下垂控制电压设定点，实现对各单元变换器的控制。实现对各单元变换器的控制。实现对各单元变换器的控制。

【技术实现步骤摘要】
一种直流微电网带恒功率负荷的稳定控制方法及系统


[0001]本公开属于直流微电网分布式协同控制
，尤其涉及一种直流微电网带恒功率负荷的稳定控制方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]直流微电网中绝大部分负荷通过电力电子变换器与微网母线相连，这些负荷通常处于严格的闭环控制下，其消耗功率不受输入电压变化的影响，可视为恒功率负荷。有研究表明，未来直流配电系统中，恒功率负荷的比例将达到75％以上，然而，当输入电压增大或减小时，此类负荷电流会随之减小或增大，呈现负阻抗特性，降低了系统的等效阻尼；当发生较大扰动后，极易引起系统不稳定。
[0004]为实现恒功率负荷接入下的直流微电网正常运行，现有方案中多在微电网底层电力电子变换器控制中采用滑模变结构控制、模型预测控制、反步控制等非线性控制手段，以实现系统在除平衡点外的大信号范围内稳定。
[0005]现有方案的研究对象大多为带恒功率负荷的单体电力电子变换器。而多台电力电子变换器集群连接将构成微电网，其控制目标包括：
[0006](1)对母线电压进行精准的电压调节；
[0007](2)各单元实现功率的精确按比例分配；
[0008](3)全局对大规模恒功率负荷的接入鲁棒。
[0009]专利技术人发现，现有方案在设计过程中大多只考虑到控制目标(3)，其采用非线性控制方法使得单体电力电子变换器对恒功率负荷的接入鲁棒，而未从全系统的角度出发实现基本控制目标(1)和(2)，极大程度上制约了现有方案在微电网系统的推广应用。

技术实现思路

[0010]本公开为了解决上述问题，提供了一种直流微电网带恒功率负荷的稳定控制方法及系统，所述方案结合分布式协同控制方法与模型预测控制理论，提供了一种直流微电网稳定控制方法，可在恒功率负荷接入的情况下，实现系统精准的电压调节与功率分配，保证全局系统的稳定运行。
[0011]根据本公开实施例的第一个方面，提供了一种直流微电网带恒功率负荷的稳定控制方法，其应用于多台电力电子变换器基于公共母线集群接入的直流微电网，其中，所述电力电子变换器采用双向boost变换器，所述方法包括：
[0012]基于恒功率负荷下Boost变换器的稳定条件，定义系统不稳定因子及其对应的不稳定因子预测模型，实现接入直流微电网稳定控制目标函数的构建；
[0013]基于预先构建的电压控制目标函数及功率控制目标函数，结合所述稳定控制目标函数以及用于保证系统控制量波动最小化的代价函数，实现综合控制目标函数的构建；其
中，所述不稳定因子预测模型通过采用假设验证的思想，基于双向boost变换器中开关管的开关状态判断，将所述不稳定因子预测模型转化为仅包含电压控制量一个变量的形式；
[0014]通过最小化所述综合控制目标函数，获得所述电压控制量，基于所述电压控制量实现直流微电网带恒功率负荷的稳定控制。
[0015]进一步的，所述系统不稳定因子具体定义如下：
[0016][0017]其中，i
Li
为电感电流，V
ci
为输出端电容电压。
[0018]进一步的，所述稳定控制目标函数，具体表示为：
[0019]D
i
(k+1)＝0
[0020]其中，所述不稳定因子预测模型具体表示为：
[0021][0022]进一步的，所述通过最小化所述综合控制目标函数，获得所述电压控制量，具体为：
[0023]以电压控制目标函数、功率控制目标函数及用于保证系统控制量波动最小化的代价函数作为辅助综合控制目标函数进行优化求解，获得辅助电压控制量u
′
i
(k)；
[0024]基于u
′
i
(k)值的正负，确定双向boost变换器对应开关管的开关状态，进而将不稳定因子预测模型表示为仅包含电压控制量一个变量的形式；
[0025]基于不稳定因子预测模型新的表示形式，对所述综合控制目标函数进行求解，获得电压控制量u
i
(k)，若u
i
(k)>0，则以u
i
(k)作为最终的电压控制量；若u
i
(k)<0，则双向boost变换器对应开关管的开关状态确定有误，调整双向boost变换器对应开关管的开关状态后，重新确定不稳定因子预测模型的表示形式，并对所述综合控制目标函数进行重新求解，获得最终的电压控制量。
[0026]进一步的，所述双向boost变换器接入直流母线的数学模型表示如下：
[0027][0028][0029]其中，L
i
与C
i
分别表示boost变换器的电感与电容，i
Li
为电感电流，V
ci
为输出端电容电压，P
CPL
为恒功率负荷的功率大小，u表示开关状态。
[0030]进一步的，当u＝1时，表示开关管S
i1
开通且S
i2
关断，此时不稳定因子预测模型表示为：
[0031][0032]当u＝0时，表示开关管S
i1
关断且S
i2
开通，此时不稳定因子预测模型表示为：
[0033][0034]其中，V
dci
表示源端电压。
[0035]进一步的，所述电压控制目标函数的构建，基于所述直流微电网的母线平均电压观测值预测结果以及预设母线电压参考值；基于节点的功率预测模型及其邻居节点的功率加权平均数。
[0036]根据本公开实施例的第二个方面，提供了一种直流微电网带恒功率负荷的稳定控制系统，其应用于多台电力电子变换器基于公共母线集群接入的直流微电网，其中，所述电力电子变换器采用双向boost变换器，所述系统包括：
[0037]稳定控制目标函数构建单元，其用于基于恒功率负荷下Boost变换器的稳定条件，定义系统不稳定因子及其对应的不稳定因子预测模型，实现接入直流微电网稳定控制目标函数的构建；
[0038]综合控制目标函数构建单元，其用于基于预先构建的电压控制目标函数及功率控制目标函数，结合所述稳定控制目标函数以及用于保证系统控制量波动最小化的代价函数，实现综合控制目标函数的构建；其中，所述不稳定因子预测模型通过采用假设验证的思想，基于双向boost变换器中开关管的开关状态判断，将所述不稳定因子预测模型转化为仅包含电压控制量一个变量的形式；
[0039]优化求解单元，其用于通过最小化所述综合控制目标函数，获得所述电压控制量，基于所述电压控制量实现直流微电网带恒功率负荷的稳定控制。
[0040]根据本公开实施例的第三个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的一种直流微电网带恒功率负荷的稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流微电网带恒功率负荷的稳定控制方法，其特征在于，其应用于多台电力电子变换器基于公共母线集群接入的直流微电网，其中，所述电力电子变换器采用双向boost变换器，所述方法包括：基于恒功率负荷下Boost变换器的稳定条件，定义系统不稳定因子及其对应的不稳定因子预测模型，实现接入直流微电网稳定控制目标函数的构建；基于预先构建的电压控制目标函数及功率控制目标函数，结合所述稳定控制目标函数以及用于保证系统控制量波动最小化的代价函数，实现综合控制目标函数的构建；其中，所述不稳定因子预测模型通过采用假设验证的思想，基于双向boost变换器中开关管的开关状态判断，将所述不稳定因子预测模型转化为仅包含电压控制量一个变量的形式；通过最小化所述综合控制目标函数，获得所述电压控制量，基于所述电压控制量实现直流微电网带恒功率负荷的稳定控制。2.如权利要求1所述的一种直流微电网带恒功率负荷的稳定控制方法，其特征在于，所述系统不稳定因子具体定义如下：其中，i
Li
为电感电流，V
ci
为输出端电容电压。3.如权利要求1所述的一种直流微电网带恒功率负荷的稳定控制方法，其特征在于，所述稳定控制目标函数，具体表示为：D
i
(k+1)＝0其中，所述不稳定因子预测模型具体表示为：4.如权利要求1所述的一种直流微电网带恒功率负荷的稳定控制方法，其特征在于，所述通过最小化所述综合控制目标函数，获得所述电压控制量，具体为：以电压控制目标函数、功率控制目标函数及用于保证系统控制量波动最小化的代价函数作为辅助综合控制目标函数进行优化求解，获得辅助电压控制量u
i
'(k)；基于u
i
'(k)值的正负，确定双向boost变换器对应开关管的开关状态，进而将不稳定因子预测模型表示为仅包含电压控制量一个变量的形式；基于不稳定因子预测模型新的表示形式，对所述综合控制目标函数进行求解，获得电压控制量u
i
(k)，若u
i
(k)>0，则以u
i
(k)作为最终的电压控制量；若u
i
(k)<0，则双向boost变换器对应开关管的开关状态确定有误，调整双向boost变换器对应开关管的开关状态后，重新确定不稳定因子预测模型的表示形式，并对所述综合控制目标函数进行重新求解，获得最终的电压控制量。5.如权利要求4所述的一种直流微电网带恒功率负荷的稳定控制方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祯滨，张昊，李真，尹亚飞，邢千里，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：