[发明专利]单总线直流微电网的分散式控制器设计方法

说明书

本发明公开了一种单总线直流微电网的分散式控制器设计方法，其第一步，建立具有多个并行分布式电源和负载的单总线直流微电网系统的数学模型；第二步、根据具有多个并行分布式电源和负载的单总线直流微电网系统的数学模型设计相应的单总线直流微电网的分散式控制器。采用本发明设计出来的控制器通过将约束系统转换为非约束系统，直流总线电压的瞬态响应可以始终保持在用户定义的时变范围内，转换后的系统的收敛性可以满足原始系统的任何瞬态性能要求，同时，通过适当的控制工作量分配，可以根据预定义的百分比在分布式电源之间共享总负载需求，准确的负载分配可以间接地减少分布式电源之间的有害循环电流。

技术领域

本发明属于微电网系统控制技术领域，主要涉及直流微电网的系统控制，确切地说是涉及一种单总线直流微电网的分散式控制器设计方法。

背景技术

微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，其与传统电力系统之间最大的区别在于，微电网的组成结构可以根据需求和条件更加自由的进行变化，因而具有成本低、电压低、污染小等特点。其中，直流微电网已广泛用于许多重要的应用中，例如船舶、飞机的电力系统，它们通常由多个分布式发电机、分布式能量存储和负载等组成。在直流微电网中，其无需考虑交流电源输出的电压相位、频率等问题，因而各分布式电源与直流母线之间的连接形式将更加简单、方便，往往只需一次AC/DC或DC/DC变换，避免了额外的AC/DC转换阶段，而且直流母线也只需通过一个四象限运行开关即可实现与大电网的并网运行，其大大的降低了供电系统的成本的损耗。直流微电网的一种典型结构是通过将多个电源转换器接口的DG并联连接，然后通过公共DC总线向多个负载提供DC电源，一旦公共总线的输出电压得到很好的维护，就可以通过调整每个DG的输出电流来实现负载共享。随着中小型直流微电网应用规模越来越大，人们对兼顾高电能质量和低投资成本的微电网控制策略的需要也日益迫切，但目前针对结构日趋复杂的直流微电网，还缺乏对其稳定控制的高性能控制技术。

发明内容

本发明的目的是：提供一种单总线直流微电网的分散式控制器设计方法，以实现对直流母线电压的高性能控制，该方法可以使直流总线电压的瞬态响应始终保持在用户定义的时变范围内，并可以根据预定义的百分比在分布式电源之间共享总负载需求。

本发明的技术方案是：一种单总线直流微电网的分散式控制器设计方法，包括以下步骤：

①、首先建立具有多个并行分布式电源和负载的单总线直流微电网系统的数学模型；

②、根据具有多个并行分布式电源和负载的单总线直流微电网系统的数学模型设计相应的单总线直流微电网的分散式控制器。

在上述的第①步中，

1-1、首先建立单总线直流微电网系统数学模型的LC输出滤波器的动态方程，该方程为：

其中，将输出电压保持在定义的时变范围内，得到：

1-2、设定总负载电流及其变化率为则直流总线的电压跟踪误差为：

e_v＝v_o-v_ref (3)

1-3、将直流总线的电压跟踪误差对时间求导，得到：

1-4、将直流总线的电压跟踪误差保持在定义的时变范围内得到：

1-5、设定一个传递函数，将约束跟踪误差e_v转换为新变量ξ，得到：

该ξ满足下述条件：