1.基于超螺旋滑模观测器的储能变流器改进自抗扰控制方法,其特征在于,对储能变流器建立二阶非线性数学模型,在此基础上将其化为满足二阶自抗扰的范式,将扰动和系统的耦合部分等效为集总扰动,通过设计超螺旋滑模观测器对集总扰动进行观测补偿,然后设计反步互补滑模结合双幂次滑模趋近律作为反馈控制律;
具体按照以下步骤实施:
步骤1、建立储能变流器数学模型;
储能系统包括储能电池、DC‑AC变流器、滤波电路、负载和交流电网,储能电池为DC‑AC变流器供电,变流器输出功率为负载供电,当变流器输出的功率不足负载所需时的功率缺额由电网补偿,当变流器输出的功率大于负载所需时多余的功率并网使用,同时也控制电网电能通过变流器向储能电池输电存储;
根据基尔霍夫定律得储能变流器在abc坐标系下的变量关系为:式(1)中,Cdc为稳压电容,idc为稳压电容电流,ir为电池电流,ua、ub、uc为网侧三相电压,ia、ib、ic为网侧三相电流,uga、ugb、ugc为交流电网电压,L、C为滤波参数,R为滤波电感寄生参数,sj(j=a,b,c)为表征变流器中各桥臂开关管通断状态的开关函数,其具体内容如式(2)所示,将式(1)经过坐标变换得到dq坐标系下变流器交流侧微分方程为:式(3)中,ω为电网电压角频率,udr=sdudc,uqr=squdc,sd,sq分别为d、q轴开关函数,ud,uq分别为d、q轴输入电压,id,iq分别为d、q轴输入电流;
步骤2、超螺旋滑模观测器设计;
根据瞬时功率理论,得到dq坐标系下交流侧瞬时功率为:式(4)中,ud,uq分别为d轴和q轴上的电网电压,id,iq分别为储能变流器交流测d轴和q轴的电流;
在给定功率参考值后,由式(4)得到电流内环的参考值为:对式(3)求二阶导数并转换为二阶自抗扰的范式为:令状态变量x1=id,x4=iq,进一步将式(6)表述为如下形式:式(7)中,bd、bq为控制量增益,fd、fq分别为d轴和q轴等效后的集总扰动,fd、fq具体形式为:根据式(7)设计超螺旋滑模观测器为:式(9)中,ed=x1‑z1,eq=x4‑z4,z1~6分别为x1~6的观测器估计值,k1~6>0,k1~6为观测器增益;
步骤3、反步互补滑模控制器设计;
记电流内环d、q轴电流id、iq与参考值的偏差为:对式(10)电流偏差求一阶导数得:构造Lyapunov函数V1为:
对V1求导得:
引入虚拟控制量ξ2使得: 其中α为大于零的系数,因此 则有:为了使V1导满足Lyapunov稳定性要求,需要使ξ2收敛至0,则根据滑模控制处于稳定时滑模函数会趋于零的特性,为ξ2设计滑模函数使其收敛至零;
在此采用互补滑模,设计广义滑模函数为:式(13)中,P为微分算子,η为常数;
则式(13)描述为:
对式(14)求一阶导数得:
设计空间中和Sg1正交的互补滑模面为:对Sc1求一阶导数得:
由上式(13)~(17)得两个滑模面之间的关系为: 其中S1=Sg1+Sc1;
构造Lyapunov函数为:
对其求一阶导数得:
使 则互补滑模函数满足Lyapunov稳定性要求;
由 得出:
由式(20)得到d轴电流内环等效控制律为:采用双幂次趋近律设计d轴电流内环切换控制律:式(22)中,l1,2>0,1<δ,0<γ<1;
由式(21)和式(22)得d轴综合控制律udr为:udr=udreq+usw1 (23)q轴电流内环的设计与d轴设计过程相同,q电流内环等效控制律为:q轴电流内环切换控制律为:
q轴综合控制律uqr为:
uqr=uqreq+usw2 (26)。