基于鲁棒控制的微电网同步与稳定控制研究
现如今，随着能源需求增加和环境资源浪费等挑战，分布式发电(DG)逐渐进入到现代配电系统中。微电网作为一种小型低压供电网络，如今被广泛应用，其至少包含一种分布式发电。若微电网和主电网进行并网联结，微电网的电压、频率等需要满足一定的同步标准才能同步联结；否则会对主电网系统的稳定运行造成冲击、甚至损坏分布式电源等设备。本文通过使用μ综合分析法，设计出一种鲁棒控制器来解决含多种类型电源的复杂微电网系统与主电网同步与稳定控制问题。 本文首先说明了微电网的基本概念，引入鲁棒控制理论，对稳定性进行了举例分析。PI控制与PQ控制等经典控制策略要依赖精确的物理模型才能建立，这对于处理复杂模型有着很大的困难。而鲁棒控制理论的出现弥补了上述控制策略的不足，能使控制系统保证预期的动态品质和稳定性。其能通过将各种不确定性影响考虑在内，使用函数约束条件来设计一个鲁棒控制器，从而使其在一定范围内进行参数改变，来保证系统整体的稳定性。接下来说明了线性系统不确定性模型，以及系统的内部稳定性和外部稳定性，介绍了标椎鲁棒控制理论，对加入鲁棒控制器的系统稳定性通过举例进行了分析，并详述了μ综合分析法。 然后进行了含有多种电源的微电网系统结构设计与建模。设计了以发电机为主和基于逆变器的分布式发电系统，这样设计能最大的囊括不同类型发电系统。详细的阐述了微电网各个模块，说明了逆变器结构和以及同步所需要使用的PWM技术与PLL技术；占空比代表了逆变器模块的不确定性，因此建立了占空比为核心的数学模型，可以通过逆变器的驱动电路接收反馈信号d。接着给出柴油发电机的结构，在本文中使用Heffron-Phillips模型，以此为基础设计了基于转子角、转子转速、端电压转换器的输出和端电压转化器的输入为变量的数学模型。状态空间方程能更好的展示微电网结构，所以最后通过联立逆变器模块和发电机模块建立了微电网系统的状态空间方程。 其次，设计了微电网系统控制方案。设计了微电网同步的控制方案并对鲁棒控制器进行了求解。首先说明了同步的概念与标准，然后设计了基于鲁棒控制器的微电网系统的同步控制方案。以鲁棒控制器K为核心，输入变量分别是微电网和主电网的电压差?v和频率差?f。鲁棒控制器K会使得误差信号?v和?f最小化，当同时达到标准时，微电网可以进行同步。接着从鲁棒性能定理出发，通过使用μ综合方法设计鲁棒控制器，这是本文的创新之处，它可以处理设计的微电网模型。接着确定微电网的不确定性模型，使用线性分式变换对系统的不确定性参数进行处理，搭建含有摄动参数的结构，以最小化奇异结构值为目标，得出求解鲁棒控制器的目标函数。并选取加权函数，使用D?K迭代法为手段，设定标准，使用MATLAB进行迭代求解，得出仿真图像，在达到符合所需的标准，最终得到设计的鲁棒控制器。 最后进行了仿真模拟。设计了使用simulink搭建的基于鲁棒控制器的微电网系统，然后分别给出PV模块、BESS模块、发电机模块，同时也给出各个模块的参数设置图和发电机模块的fdti?v关系图。接下来是对分别由鲁棒控制器和PI控制器组成的微电网同步受到干扰后的仿真模拟，分析了微电网在受到32ms、200ms、500ms网络延迟和电阻变化10%四种情形之后的微电网频率、电角度差异和有功功率的对比图，可以观察到鲁棒控制器相较于PI控制器频率、电角度和功率偏差的波动幅度、波动峰值都小，恢复稳定速度更快有了较低的过冲和震荡，同时也有了更多的稳定时间，有功功率振荡能更快的衰减。充分说明了设计的鲁棒控制器有着良好的抗干扰能力和鲁棒性，能达到预期的微电网系统同步要求。
低压供电网络;同步联结;鲁棒控制器;分布式电源;抗干扰性能
华北水利水电大学
硕士
控制工程
王继东
2020
中文
TM732
2020-12-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）