1.应用于光伏混合储能系统的自抗扰控制方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1、储能系统数学模型建立;
步骤1.1、建立PCS的数学模型;
所述步骤1.1具体为,
将光伏混合储能系统分为前级部分和后级部分两部分,其中前级部分包括PCS与配电网,具体包括滤波电路L和C、电路等效电阻R、交流侧电流ia、ib、ic、电网侧电压ea、eb、ec、PCS交流侧相电压ua、ub、uc、PCS开关管T1‑T6、直流侧稳压电容Cdc、直流母线电压udc、PCS直流侧输出电流之和iout,定义Sk为晶闸管工作状态的开关函数如下:根据基尔霍夫定律及park变换求得PCS在两相旋转d‑p坐标系下的数学方程为:式(2)中,ω为电网电压的角频率,vd、id、Sd分别为PCS交流侧在d轴上的电压、电流、开关函数;vq、iq、Sq分别为PCS交流侧在q轴上的电压、电流、开关函数;ed、eq分别为电网侧电压在d轴和q轴上的分量;
步骤1.2、建立双向DC/DC变换器的数学模型;
所述步骤1.2具体为:
光伏混合储能系统后级部分包括蓄电池、超级电容、光伏阵列和DC/DC电路,其中蓄电池和超级电容DC/DC电路的滤波电感分别为Lb和Lc、蓄电池侧电流和电压为isb、usb、超级电容侧电流和电压分别为isc、usc,光伏阵列输出电流为ipv、双向DC/DC变换器开关管包括Tb1、Tb2、Tc1、Tc2、直流侧稳压电容Cdc、PCS直流侧输出电流之和为iout,开关管Tb1、Tb2互补导通,开关管Tc1、Tc2互补导通,定义Tb1的导通占空比为d1,定义Tc1的导通占空比为d2,系统的状态空间平均方程为:步骤2、设计自抗扰控制方法;
步骤2.1、改进扩张状态观测器设计;
所述步骤2.1具体为:
对于一个控制对象,将控制对象抽象成如下二阶微分方程的形式:对于如式(4)所示二阶系统,y为系统的输出,u为系统的输入控制,b为控制量的增益,f为系统的内外总扰动,在实际的运算中无法准确给出b的值,因此,定义yref为输出目标值,定义e=yref‑y,式(4)变换为:式(5)中,fd为新的总扰动,满足 定义状态变量x1=e、x3=fd,系统的状态方程为:
定义z1‑z3为x1‑x3的观测值,ω为观测器带宽,针对式(6)所示状态方程设计扩张状态观测器ESO为:式(7)对系统的状态变量和扰动存在不完全估计,需要加入总扰动微分的观测产生早期修正信号对ESO进行改进,改进的ESO为:对式(8)进行降阶处理得:
式(9)中变量ψ2、ψ3、ψ4满足:
步骤2.2、基于反步互补滑模的状态误差反馈律设计;
所述步骤2.2具体为:
对误差e求导得:
定义虚拟控制变量p为:
式(12)中,a为常数,定义Lyapunov函数V1为:对式(13)求导并联立式(11)和式(12)得:令 k为常数,则有 式(14)变为:
当p收敛至0时,系统稳定,为使p能够快速收敛,设计互补滑模如下:定义广义滑模面为:
设计与δg正交的互补滑模面为:
式(16)、式(17)中,η为常数,滑模面δ满足δ=δg+δc、 定义Lyapunov函数V为:对式(18)求导,得到:
若 则 负正定,系统稳定,求得等效控制律ueq为:为使闭环系统状态变量在有限时间内到达滑模面,选用指数趋近律,传统的指数趋近律如式(21)所示:式(21)中,sgn(.)为符号函数,ε、q为常数,由于传统指数趋近律ε选取过大会使得到达切换面的速度过快导致系统产生较大的抖振,ε选取过小又会使收敛速度过慢增加调节过程时间,针对这一问题,设计新的趋近律为:基于式(22)所设计的切换控制律usw为:联立式(20)和式(23)得输入控制u为:式(24)中,u0=g(δ)sgn(δ)+qδ+(k+η)z2+kηx1;
步骤3、设计储能系统控制方法:
步骤3.1、PCS改进自抗扰设计;
所述步骤3.1具体为:
对式(2)中的udc求二阶导得:
式(25)中,
对比式(4)所示自抗扰范式和步骤1.1所述系统可知,vdc为系统的输出y,id为系统的输入控制u,为系统的输入控制增益b,为系统的内外总扰动f,PCS电压外环满足自抗扰控制条件;
因此,PCS电压外环采用自抗扰控制,定义PCS电压外环输出目标值为vref,PCS的电流内环采用PI控制方法;
步骤3.2、双向DC/DC变换器电流内环设计;
所述步骤3.2具体为:
对式(3)进行小信号建模,Tb1的导通占空比为d1‑蓄电池侧电流isb的传递函数Gbd(s),Tc1的导通占空比为d2‑超级电容侧电流isc的传递函数Gcd(s)为:根据二阶自抗扰范式,将式(26)改写为:式(27)中,
与PCS电压外环相同,对比式(4)所示自抗扰范式和步骤1.2所述系统可知,λ1、λ2分别为蓄电池侧和超级电容侧电流内环的输入控制增益,θ1、θ2分别为蓄电池侧和超级电容侧电流内环的内外总扰动,双向DC/DC变换器电流内环满足自抗扰控制条件;
定义蓄电池和超级电容的参考功率目标值分别为Pb、Pc,光伏混合储能系统的工作方式为Ppv=Pload‑Pgrid时,Pb、Pc分别表示为:当光伏混合储能系统的工作方式为Pload=Ppv+Pbat时,Pb、Pc分别表示为:式(28)、式(29)中Tc和Tb为滤波时间常数。