基于流程組態(tài)的微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制建模研究

王德真

（許昌電氣職業(yè)學(xué)院電氣工程系 河南許昌 461000）

對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制輸出穩(wěn)定性和增益調(diào)節(jié)需要構(gòu)建微電網(wǎng)系統(tǒng)的多指標(biāo)非線(xiàn)性控制模型。結(jié)合微電網(wǎng)系統(tǒng)的輸出參量進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)和輸出控制，提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性，對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制包括對(duì)電力電子裝置的控制、電網(wǎng)逆變器控制和穩(wěn)壓控制等，采用正序子系統(tǒng)和負(fù)序子系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)節(jié)方法，進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制建模，構(gòu)建微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制的輸出穩(wěn)定性判據(jù)[1]。采用耦合特性分析方法，進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)聯(lián)合參數(shù)控制，計(jì)算微電網(wǎng)系統(tǒng)同頻率的電流響應(yīng)分量，并設(shè)計(jì)并網(wǎng)逆變裝置，進(jìn)行非線(xiàn)性控制建模。提出基于流程組態(tài)的微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制建模方法，構(gòu)建基于流程組態(tài)的微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)約束參量模型[2]，根據(jù)微電網(wǎng)系統(tǒng)的輸出頻率耦合性特征進(jìn)行單入單出穩(wěn)定性判別，計(jì)算微電網(wǎng)系統(tǒng)的正負(fù)序阻抗，結(jié)合流程組態(tài)參量分析方法，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制建模。最后進(jìn)行仿真測(cè)試分析，展示了該方法進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制建模方面的優(yōu)越性能。

一、微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)約束參量模型及特征分析

（一）微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)約束參量模型。為了實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制建模，首先構(gòu)建基于流程組態(tài)的微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制的約束參量模型，采用單極性穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)方法，分析微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓擾動(dòng)與電流響應(yīng)分量，針對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)的單極性特點(diǎn)，以輸出功率為增益，進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)的耦合電流特征分析[3]，采用耦合頻率相關(guān)性融合方法，分析微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制的等價(jià)評(píng)價(jià)系數(shù)，構(gòu)建基于流程組態(tài)的微電網(wǎng)系統(tǒng)控制的微分控制模型，得到控制對(duì)象模型用如下二元微分方程表述：

式中，LQ表示微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制的可控電壓源，UJ表示旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流偏置的電壓，UE是頻率耦合側(cè)電壓。微電網(wǎng)系統(tǒng)控制約束特征量用公式(2)表示：

其中，Lq表示相序域到dq 域的矢量變換分布電感，LJ=是負(fù)荷波動(dòng)頻率是正序分量參數(shù)。忽略并網(wǎng)逆變器的損耗，采用模糊二自由度控制模型進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)的直流多功率分送控制，根據(jù)流程組態(tài)分布，得到微電網(wǎng)的輸出特征頻率f，擾動(dòng)頻率分量與耦合頻率分量成對(duì)出現(xiàn)，計(jì)算微電網(wǎng)系統(tǒng)的直流控制變量，采用多指標(biāo)約束方法，得到約束參量矩陣分布為：

鎖相環(huán)的輸入只有q 軸電壓，為滿(mǎn)足實(shí)際需要，得到負(fù)序電流響應(yīng)控制方程表示：

式中，v是微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓輸入；x1是確定的擾動(dòng)步長(zhǎng)下微電網(wǎng)系統(tǒng)輸入流程組態(tài)特征分量；x2是輸入信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)；h為正序擾動(dòng)電壓的幅值，分析電流響應(yīng)的幅值和相位，得到在流程組態(tài)控制下微電網(wǎng)系統(tǒng)的多指標(biāo)聯(lián)合控制因子為h0，當(dāng)h值不變且輸入電壓穩(wěn)定時(shí)，增大負(fù)序電流響應(yīng)的幅值和相位，并對(duì)h0進(jìn)行聯(lián)合濾波調(diào)節(jié)，輸出的h,h0是微電網(wǎng)系統(tǒng)的非線(xiàn)性多指標(biāo)特征參數(shù)，采用負(fù)荷波動(dòng)性調(diào)節(jié)方法進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)的非線(xiàn)性控制和聯(lián)合調(diào)節(jié)。

（二）微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性特征分析。采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)特征分解方法進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性特征分解，構(gòu)建微電網(wǎng)系統(tǒng)的流程組態(tài)辨識(shí)模型[4]，進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)的直流多功率穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)誤差控制項(xiàng)為：

分析電壓、電流的頻域關(guān)系，采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)的模糊特征匹配[5]，得到微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓控制器的參量解析結(jié)果為：

以直流母線(xiàn)電壓為控制目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)直流多功率分別控制[6]，構(gòu)建多指標(biāo)非線(xiàn)性控制對(duì)象模型：

1)構(gòu)建微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制的模糊約束對(duì)象模型，得到多指標(biāo)非線(xiàn)性控制的磁損耗在θ ω0時(shí)刻為0：

2)微電網(wǎng)系統(tǒng)的輸出功耗等于負(fù)載功率時(shí)，滿(mǎn)足：

3)直流電壓控制的整流電壓vi與微電網(wǎng)系統(tǒng)的輸出電壓之差滿(mǎn)足高頻增益時(shí)，輸出的微電網(wǎng)系統(tǒng)測(cè)流電壓之和為：

求出擾動(dòng)分量與并網(wǎng)點(diǎn)電壓擾動(dòng)為：

時(shí)間很快地過(guò)去，蒙妮坦答應(yīng)她的家人一個(gè)星期內(nèi)回美國(guó)。她有很多缺點(diǎn)，但是守諾言不是其中之一，前后要飛兩天，吃了五日。

微電網(wǎng)系統(tǒng)的多指標(biāo)非線(xiàn)性控制的耦合因子表示為：

根據(jù)鎖相環(huán)輸出角度進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)的擾動(dòng)電流調(diào)節(jié)，輸出電感imx為：

在逆變器濾波電容約束下，端電壓矢量重合，微電網(wǎng)系統(tǒng)的LM-Smith時(shí)滯項(xiàng)vsec為：

由于電壓擾動(dòng)對(duì)電流響應(yīng)分量存在耦合性，采用多功率分散調(diào)節(jié)方法，得到微電網(wǎng)系統(tǒng)的多指標(biāo)非線(xiàn)性控制輸出為：

對(duì)以上方程進(jìn)行聯(lián)立求解，進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)合參數(shù)控制和自適應(yīng)調(diào)節(jié)，提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的多指標(biāo)非線(xiàn)性控制能力[7]。

二、系統(tǒng)的多指標(biāo)非線(xiàn)性控制建模優(yōu)化

（一）流程組態(tài)的多模控制。在上述構(gòu)建微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)約束參量模型，并采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)特征分解方法進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性特征分解的基礎(chǔ)上，進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制建模[8]，本文提出基于流程組態(tài)的微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制建模方法，根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)三相穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)方法，得到微電網(wǎng)系統(tǒng)直流多功率解耦控制輸出約束參量模型為：

其中：

在擾動(dòng)分量與并網(wǎng)點(diǎn)電壓擾動(dòng)約束下，微電網(wǎng)系統(tǒng)的直流多功率分送控制模型滿(mǎn)足Gm(s)=G0(s)，tm=τ，計(jì)算并網(wǎng)點(diǎn)三相電壓，得到導(dǎo)納元素幅值為：

計(jì)算非對(duì)角線(xiàn)元素與對(duì)角線(xiàn)的幅值，微電網(wǎng)系統(tǒng)的直流多功率分送控制受到干擾向量[9]，得到微電網(wǎng)系統(tǒng)的多指標(biāo)非線(xiàn)性控制的特征方程為：

考慮控制器輸出的調(diào)制信號(hào)對(duì)直流側(cè)能量的影響，控制器參數(shù)存在如下折算特征方程：

微電網(wǎng)系統(tǒng)的多指標(biāo)非線(xiàn)性控制流程組態(tài)特征量受到鎖相環(huán)輸出角度的擾動(dòng)分量影響選，得到微電網(wǎng)系統(tǒng)的直流多功率分送控制的增益K=ΔK·Km，其中ΔK>0，微電網(wǎng)系統(tǒng)的頻域表達(dá)式分別為Gm(s)e-tms與Gm(s)。根據(jù)上述分析，進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)的流程組態(tài)的多模控制。

（二）微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性律。由于交直流側(cè)瞬時(shí)功率相等，計(jì)算微電網(wǎng)系統(tǒng)的直流多功率分送控制系統(tǒng)狀態(tài)差值，采用非線(xiàn)性反饋調(diào)節(jié)方法，進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)的擾動(dòng)分量調(diào)節(jié)，得到微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性反饋調(diào)節(jié)式表示：

式中，α1,α2,δ1,δ2,b0是鎖相環(huán)輸出角度和相位參數(shù)以及電壓；kp,kd是比例系數(shù)和微分系數(shù)。采用穩(wěn)態(tài)增益調(diào)節(jié)方法，進(jìn)行多指標(biāo)非線(xiàn)性控制建模，在流程組態(tài)分布周期內(nèi)，得到交直流側(cè)瞬時(shí)功率的輸出振蕩特性表示為：

式中，yi是第i通道的直流母線(xiàn)電壓調(diào)節(jié)參數(shù)，是調(diào)制信號(hào)的擾動(dòng)分量，bij是微電網(wǎng)系統(tǒng)的輸入特征量，多指標(biāo)非線(xiàn)性控制的特征分量為端口電壓的頻域傳遞矩陣為：

采用非線(xiàn)性控制方法，得到微電網(wǎng)系統(tǒng)的流程組態(tài)的聯(lián)合控制微分方程為：

式中，f1,f2是直流電壓環(huán)的最大功率點(diǎn)因素，y1是非線(xiàn)性模糊特征參數(shù)，y2是干擾因素特征參數(shù)是各個(gè)控制環(huán)節(jié)的可調(diào)參數(shù)。根據(jù)上述分析，結(jié)合流程組態(tài)參量估計(jì)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制建模[10]，建立微電網(wǎng)系統(tǒng)的多指標(biāo)非線(xiàn)性控制模型。

三、仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了測(cè)試本文方法在實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)非線(xiàn)性控制中的應(yīng)用性能，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，設(shè)置擾動(dòng)電壓為120V，鎖相電流環(huán)為1.25A，并網(wǎng)逆變控制系數(shù)為0.24，鎖相環(huán)的比例積分參數(shù)為0.069，根據(jù)上述仿真參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制，得到控制參數(shù)解算優(yōu)化結(jié)果，如圖1所示。

圖1 控制參數(shù)解算結(jié)果

分析圖1得知，采用本文方法進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)的多指標(biāo)非線(xiàn)性控制的輸出相位穩(wěn)定性較好，電網(wǎng)輸出增益較高，考慮電流控制器不對(duì)稱(chēng)情況下，得到電網(wǎng)系統(tǒng)的目標(biāo)功率為1200kW，測(cè)試不同控制收斂性曲線(xiàn)，得到結(jié)果，如圖2所示。

圖2 控制收斂性曲線(xiàn)測(cè)試

分析圖2得知，采用本文方法進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)非線(xiàn)性控制的收斂性較好，輸出增益較大，測(cè)試不同方法進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)非線(xiàn)性控制的輸出增益，得到結(jié)果，如圖3所示。

圖3 性能測(cè)試

分析圖3得知，采用該方法進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制的耦合性較好，穩(wěn)定控制能力較強(qiáng)，具有很好的輸出穩(wěn)定性和自適應(yīng)控制能力。

四、結(jié)語(yǔ)

本文構(gòu)建微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制的輸出穩(wěn)定性判據(jù)，采用耦合特性分析方法，進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)聯(lián)合參數(shù)控制，提出基于流程組態(tài)的微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制建模方法，根據(jù)微電網(wǎng)系統(tǒng)的輸出頻率耦合性特征進(jìn)行單入單出穩(wěn)定性判別，計(jì)算微電網(wǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)正負(fù)序阻抗，采用非線(xiàn)性反饋調(diào)節(jié)方法，進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)的擾動(dòng)分量調(diào)節(jié)，結(jié)合流程組態(tài)參量估計(jì)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制建模。研究得知，本文方法進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)多指標(biāo)非線(xiàn)性控制的耦合性較好，穩(wěn)定控制能力較強(qiáng)，具有很好的輸出穩(wěn)定性和自適應(yīng)控制能力，在微電網(wǎng)系統(tǒng)控制中具有很好的應(yīng)用價(jià)值。