CN112467766A - 一种微电网中光储***的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微电网中光储***的控制方法，获取DC‑DC充放电模型和光储***的实际输出电流的跟踪误差；根据所述DC‑DC充放电模型定义实际输出电流、直流母线电压和未建模部分对应的自适应估计误差；根据所述跟踪误差和自适应估计误差分别设定AISMC控制器的积分滑模面和李雅普诺夫函数：对所述李雅普诺夫函数进行求导；根据光储***的直流母线电压、光储***中储能模块的输出电压和投影算子设计投影自适应律；根据所述投影自适应律、滑模积分面、李雅普诺夫函数及其导数选择AISMC控制器；根据所述AISMC控制器完成对光生电流的调节控制。本发明可实现对光储微电网中储能***输出功率的精确跟踪，优化电能质量和提高***的鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及一种微电网中光储***的控制方法，属于电力电子领域。
背景技术
近年来，太阳能凭借其良好的经济性、普遍适用性和绝对的安全性，使得微电网中光伏储能广受关注。其中，光储***的控制策略最大程度上决定了输出电能的质量和稳定性。但是，由于电力电子装置自身惯性和阻尼特性等原因会造成***不稳定，电能质量变差。同时由于光伏***极易受到外部环境的影响，导致微电网中的能量波动。
目前广泛应用于光储***的是PID控制器，PID控制器的优点在于性能可靠，结构相对简单、普遍适应性，这些优势使其在竞争中脱颖而出。而PID控制的缺点在于会发生超调现象、鲁棒性和动态特性逐渐不能满足要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种微电网中光储***的控制方法，以解决现有技术中存在的电能质量较差的问题。为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种微电网中光储***的控制方法，包括如下步骤：
获取DC-DC充放电模型和光储***的实际输出电流的跟踪误差；
根据所述DC-DC充放电模型定义实际输出电流、直流母线电压和未建模部分对应的自适应估计误差；
根据所述跟踪误差和自适应估计误差分别设定AISMC控制器的积分滑模面和李雅普诺夫函数：
对所述李雅普诺夫函数进行求导；
根据光储***的直流母线电压、光储***中储能模块的输出电压和投影算子设计投影自适应律；
根据所述投影自适应律、滑模积分面、李雅普诺夫函数及其导数选择AISMC控制器；
根据所述AISMC控制器完成对光生电流的调节控制。
进一步的，所述DC-DC充放电模型为：
其中，η1为光储***实际输出电流的参数项，η2为光储***的直流母线电压参数项，udc为光储***的直流母线电压，ub为光储***中储能模块的输出电压，δ为光储***未建模部分，m为AISMC控制器，x为光储***实际输出电流。
进一步的，所述跟踪误差为：
其中，iref为光伏电池输出电流参考值；Pref为光伏电池输出功率参考值；ub为光储***中储能模块的输出电压；e为跟踪误差；x为光储***实际输出电流。
进一步的，所述自适应估计误差为：
其中，
为光储***实际输出电流对应的自适应估计误差；
为光储***的直流母线电压对应的自适应估计误差；
为光储***未建模部分对应的自适应估计误差；
分别为光储***实际输出电流参数项、光储***的直流母线电压参数项和光储***未建模部分的估计值；η1,η2,δ分别为光储***实际输出电流参数项、光储***的直流母线电压参数项和光储***未建模部分。
进一步的，所述积分滑模面为：
其中，S为积分滑模面；e为跟踪误差；β为积分滑模面参数；
所述李雅普诺夫函数为：
其中，V为李雅普诺夫函数；γi(i＝1,2,3)为自适应参数；
为光储***实际输出电流对应的自适应估计误差；
为光储***的直流母线电压对应的自适应估计误差；
为光储***未建模部分对应的自适应估计误差。
进一步的，对李雅普诺夫函数进行求导的公式为：
其中，
为李雅普诺夫函数的导数；
分别为光储***实际输出电流参数项、光储***的直流母线电压参数项和光储***未建模部分的估计值；udc为光储***的直流母线电压；ub为光储***中储能模块的输出电压；m为AISMC控制器；iref为光伏电池输出电流参考值；e为跟踪误差；β为积分滑模面参数；
分别为光储***实际输出电流参数项、光储***的直流母线电压参数项和光储***未建模部分的估计值导数；γi(i＝1,2,3)为自适应参数；S为积分滑模面；
为光储***实际输出电流对应的自适应估计误差；
为光储***的直流母线电压对应的自适应估计误差；
为光储***未建模部分对应的自适应估计误差；x为光储***实际输出电流。
进一步的，所述投影算子为：
其中，Proj(a,b)为投影算子；a为投影算子的估计值；amax为投影算子的估计值的上界；b为投影算子设计的自适应率；x为光储***实际输出电流；
所述投影自适应律为：
其中，
分别为光储***实际输出电流参数项、光储***的直流母线电压参数项和光储***未建模部分的估计值导数；
分别为光储***实际输出电流参数项、光储***的直流母线电压参数项和光储***未建模部分的估计值；γi(i＝1,2,3)为自适应参数；S为积分滑模面；x为光储***实际输出电流；udc为光储***的直流母线电压；ub为光储***中储能模块的输出电压；m为AISMC控制器。
进一步的，所述AISMC控制器为：
其中，m为AISMC控制器；
为光储***实际输出电流对应的自适应估计误差；
为光储***的直流母线电压对应的自适应估计误差；
为光储***未建模部分对应的自适应估计误差；ub为光储***中储能模块的输出电压；e为跟踪误差；x为光储***实际输出电流；β为积分滑模面参数；iref为光伏电池输出电流参考值；k为控制器参数，sat(S)为饱和函数；S为积分滑模面；ψ为积分滑模面的边界。
一种微电网中光储***的控制***，所述***包括：
获取模块：用于获取DC-DC充放电模型和光储***的实际输出电流的跟踪误差；
定义模块：用于根据所述DC-DC充放电模型定义实际输出电流、直流母线电压和未建模部分对应的自适应估计误差；
设定模块：用于根据所述跟踪误差和自适应估计误差分别设定AISMC控制器的积分滑模面和李雅普诺夫函数；
求导模块：用于对所述李雅普诺夫函数进行求导；
设计模块：用于根据光储***的直流母线电压、光储***中储能模块的输出电压和投影算子设计投影自适应律；
选择模块：用于根据所述投影自适应律、滑模积分面、李雅普诺夫函数及其导数选择AISMC控制器；
调节模块：用于根据所述AISMC控制器完成对光生电流的调节控制。
一种微电网中光储***的控制***，所述***包括处理器和存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行上述所述方法的步骤。
计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明通过对光储***的输出功率进行调节与控制，通过DC-DC充放电模型、光储***的实际输出电流的跟踪误差与投影自适应律设计AISMC控制器，经AISMC控制器控制后可根据实时运行状态对模型参数及模型未建模部分进行自适应在线辨识，优化了控制器的动态特性，并在提高***鲁棒性的同时提升了收敛速度，从而提高了光储***的电能质量。
附图说明
图1为本发明方法的光伏储能直流微电网***结构框图；
图2为本发明实施例中ASIMC控制器控制流程图；
图3为本发明实施例中双向DC-DC变换器等效电路图；
图4为本发明实施例中的ASIMC控制下的光伏阵列功率仿真图；
图5为本发明实施例中的ASIMC控制下的光储***功率仿真图；
图6为本发明实施例中的ASIMC控制下的直流母线功率仿真图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的实质，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的阐述。
本发明的***及方法适用于太阳能发电中，对微电网中光储***的控制。
如图1-3所示，一种微电网中光储***的控制方法，包括如下步骤：
(1)获取DC-DC充放电模型和光储***的实际输出电流的跟踪误差；
常规的DC-DC变换器充放电数学模型可由公式(1)表示，考虑到对模型中参数的及未建模部分的自适应控制，将模型变换，变换后的模型可由公式(2)表示：
其中，η1为光储***实际输出电流的参数项，η2为光储***的直流母线电压参数项，udc为光储***的直流母线电压，ub为光储***中储能模块的输出电压，δ为光储***未建模部分，m为AISMC控制器，x为光储***实际输出电流，R为DC-DC变换电路的电阻，L为DC-DC变换电路的电感。
为实现***输出功率跟踪控制，定义光伏电池输出功率参考值为Pref，则光伏电池输出电流参考值iref和光储***实际输出电流x的跟踪误差e为：
(2)根据DC-DC充放电模型定义实际输出电流、直流母线电压和未建模部分对应的自适应估计误差；
其中，
为光储***实际输出电流对应的自适应估计误差；
为光储***的直流母线电压对应的自适应估计误差；
为光储***未建模部分对应的自适应估计误差；
分别为光储***实际输出电流参数项、光储***的直流母线电压参数项和光储***未建模部分的估计值。
(3)根据跟踪误差和自适应估计误差分别设定AISMC控制器的积分滑模面和李雅普诺夫函数：
其中，S为积分滑模面；e为跟踪误差；β为积分滑模面参数；V为李雅普诺夫函数；γi(i＝1,2,3)为自适应参数。
(4)对李雅普诺夫函数进行求导；
其中，
为李雅普诺夫函数的导数；
分别为光储***实际输出电流参数项、光储***的直流母线电压参数项和光储***未建模部分的估计值导数。
(5)根据光储***的直流母线电压、光储***中储能模块的输出电压和投影算子设计投影自适应律；
投影自适应律为：
其中，投影算子为：
其中，Proj(a,b)为投影算子；a为投影算子的估计值；amax为投影算子的估计值的上界；b为投影算子设计的自适应率；投影自适应信号分别对模型中的参数及未建模部分进行了在线逼近，可改善传统滑模控制的抖振，提升控制器动态性能。
(6)根据投影自适应律、滑模积分面、李雅普诺夫函数及其导数选择AISMC控制器；
其中AISMC控制器m为：
其中，k>0为设计的控制器参数，sat(S)为饱和函数:
其中，ψ表示定义的积分滑模面的边界，一般取值在0～0.5之间。
(7)根据所述AISMC控制器完成对光生电流的调节控制。
采用matlab/simulink实验台进行仿真，其中仿真参数为：光伏阵列额定输出功率为100kw，积分滑模面参数β＝0.1，控制器参数k＝120，自适应参数γ1＝0.2，γ2＝0.2，γ3＝0.5。根据本发明提供的控制***以及控制方法，所得实验截图如下：
在外界温度和光照强度在某时段局部稳定时，使用AISMC控制策略时，如图4-6所示，光伏***输出功率在47.3kW-47.5kW之间浮动，储能***的输出功率在52.45kw-52.7kw之前浮动，并网功率在99.8kw-100.1kw之间浮动，浮动范围极小，处于AISMC策略控制下的储能***能进一步抵消光伏***输出，使并网功率更加平滑，保障了并网电能质量。
本发明提供的一种微电网中光储***的控制策略及优化方法，可实现光储微电网中储能***输出功率的精确跟踪，优化电能质量和提高***的鲁棒性。通过AISMC控制器实现对光储***的输出电流的控制，将经过AISMC控制器处理后的得到的输出电流信号作为DC-DC的输入信号。
一种微电网中光储***的控制***，所述***包括：
获取模块：用于获取DC-DC充放电模型和光储***的实际输出电流的跟踪误差；
定义模块：用于根据所述DC-DC充放电模型定义实际输出电流、直流母线电压和未建模部分对应的自适应估计误差；
设定模块：用于根据所述跟踪误差和自适应估计误差分别设定AISMC控制器的积分滑模面和李雅普诺夫函数；
求导模块：用于对所述李雅普诺夫函数进行求导；
设计模块：用于根据光储***的直流母线电压、光储***中储能模块的输出电压和投影算子设计投影自适应律；
选择模块：用于根据所述投影自适应律、滑模积分面、李雅普诺夫函数及其导数选择AISMC控制器；
调节模块：用于根据所述AISMC控制器完成对光生电流的调节控制。
一种微电网中光储***的控制***，所述***包括处理器和存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行上述所述方法的步骤。
计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种微电网中光储***的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取DC-DC充放电模型和光储***的实际输出电流的跟踪误差；
根据所述DC-DC充放电模型定义实际输出电流、直流母线电压和未建模部分对应的自适应估计误差；
根据所述跟踪误差和自适应估计误差分别设定AISMC控制器的积分滑模面和李雅普诺夫函数；
对所述李雅普诺夫函数进行求导；
根据光储***的直流母线电压、光储***中储能模块的输出电压和投影算子设计投影自适应律；
根据所述投影自适应律、滑模积分面、李雅普诺夫函数及其导数选择AISMC控制器；
根据所述AISMC控制器完成对光生电流的调节控制。
2.根据权利要求1所述的一种微电网中光储***的控制方法，其特征在于，所述DC-DC充放电模型为：
其中，η1为光储***实际输出电流的参数项，η2为光储***的直流母线电压参数项，udc为光储***的直流母线电压，ub为光储***中储能模块的输出电压，δ为光储***未建模部分，m为AISMC控制器，x为光储***实际输出电流。
3.根据权利要求1所述的一种微电网中光储***的控制方法，其特征在于，所述跟踪误差为：
e＝x-iref (4)
其中，iref为光伏电池输出电流参考值；Pref为光伏电池输出功率参考值；ub为光储***中储能模块的输出电压；e为跟踪误差；x为光储***实际输出电流。
4.根据权利要求1所述的一种微电网中光储***的控制方法，其特征在于，所述自适应估计误差为：
其中，
为光储***实际输出电流对应的自适应估计误差；
为光储***的直流母线电压对应的自适应估计误差；
为光储***未建模部分对应的自适应估计误差；
分别为光储***实际输出电流参数项、光储***的直流母线电压参数项和光储***未建模部分的估计值；η1,η2,δ分别为光储***实际输出电流参数项、光储***的直流母线电压参数项和光储***未建模部分。
5.根据权利要求1所述的一种微电网中光储***的控制方法，其特征在于，所述积分滑模面为：
其中，S为积分滑模面；e为跟踪误差；β为积分滑模面参数；
所述李雅普诺夫函数为：
其中，V为李雅普诺夫函数；γi(i＝1,2,3)为自适应参数；
为光储***实际输出电流对应的自适应估计误差；
为光储***的直流母线电压对应的自适应估计误差；
为光储***未建模部分对应的自适应估计误差。
6.根据权利要求1所述的一种微电网中光储***的控制方法，其特征在于，对李雅普诺夫函数进行求导的公式为：
其中，
为李雅普诺夫函数的导数；
分别为光储***实际输出电流参数项、光储***的直流母线电压参数项和光储***未建模部分的估计值；udc为光储***的直流母线电压；ub为光储***中储能模块的输出电压；m为AISMC控制器；iref为光伏电池输出电流参考值；e为跟踪误差；β为积分滑模面参数；
分别为光储***实际输出电流参数项、光储***的直流母线电压参数项和光储***未建模部分的估计值导数；γi(i＝1,2,3)为自适应参数；S为积分滑模面；
为光储***实际输出电流对应的自适应估计误差；
为光储***的直流母线电压对应的自适应估计误差；
为光储***未建模部分对应的自适应估计误差；x为光储***实际输出电流。
7.根据权利要求所1述的一种微电网中光储***的控制方法，其特征在于，所述投影算子为：
其中，Proj(a,b)为投影算子；a为投影算子的估计值；amax为投影算子的估计值的上界；b为投影算子设计的自适应率；x为光储***实际输出电流；
所述投影自适应律为：
其中，
分别为光储***实际输出电流参数项、光储***的直流母线电压参数项和光储***未建模部分的估计值导数；
分别为光储***实际输出电流参数项、光储***的直流母线电压参数项和光储***未建模部分的估计值；γi(i＝1,2,3)为自适应参数；S为积分滑模面；x为光储***实际输出电流；udc为光储***的直流母线电压；ub为光储***中储能模块的输出电压；m为AISMC控制器。
8.根据权利要求所述1的一种微电网中光储***的控制方法，其特征在于，所述AISMC控制器为：
其中，m为AISMC控制器；
为光储***实际输出电流对应的自适应估计误差；
为光储***的直流母线电压对应的自适应估计误差；
为光储***未建模部分对应的自适应估计误差；ub为光储***中储能模块的输出电压；e为跟踪误差；x为光储***实际输出电流；β为积分滑模面参数；iref为光伏电池输出电流参考值；k为控制器参数，sat(S)为饱和函数；S为积分滑模面；ψ为积分滑模面的边界。
9.一种微电网中光储***的控制***，其特征在于，所述***包括：
获取模块：用于获取DC-DC充放电模型和光储***的实际输出电流的跟踪误差；
定义模块：用于根据所述DC-DC充放电模型定义实际输出电流、直流母线电压和未建模部分对应的自适应估计误差；
设定模块：用于根据所述跟踪误差和自适应估计误差分别设定AISMC控制器的积分滑模面和李雅普诺夫函数；
求导模块：用于对所述李雅普诺夫函数进行求导；
设计模块：用于根据光储***的直流母线电压、光储***中储能模块的输出电压和投影算子设计投影自适应律；
选择模块：用于根据所述投影自适应律、滑模积分面、李雅普诺夫函数及其导数选择AISMC控制器；
调节模块：用于根据所述AISMC控制器完成对光生电流的调节控制。
10.一种微电网中光储***的控制***，其特征在于，所述***包括处理器和存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1-8任一项所述方法的步骤。
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