CN110535147A - 一种交直流混合微网h∞频率控制方法 - Google Patents
一种交直流混合微网h∞频率控制方法 Download PDFInfo
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
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Abstract
一种交直流混合微网H∞频率控制方法，求取混合灵敏度优化问题系统闭环传递函数的相对偏差，将交直流混合微网分为三个区域，并建立交直流互联区域数学模型；根据所建立的交直流互联区域数学模型和鲁棒控制理论中的混合灵敏度优化问题，设计H∞鲁棒控制器；构建频率稳定控制环节作为AC/DC双向换流器的控制外环，将H∞鲁棒控制器作为AC/DC双向换流器的控制内环，并将外环频率稳定控制环节生成的有功电流参考信号，送入AC/DC双向换流器的控制内环H∞鲁棒控制器中，构成AC/DC双向换流器的频率控制器。本发明在负荷投切导致功率波动时，能有效地平抑微网频率波动；在系统模型参数摄动时，仍具有优良的动态品质与稳态性能。
Description
技术领域
本发明属于鲁棒控制技术，具体为涉及一种交直流混合微网H∞频率控制方法。适用于由风力发电系统、光伏发电系统、储能装置、用电负荷等组成的交直流混合微网。
背景技术
化石能源的日渐枯竭以及其带来的环境、生态、气候等问题正迫使世界各国积极研究可再生绿色能源。微网技术能够为风能、太阳能等可再生能源接入配电网提供有效的途径。目前，交流微网的研究已较为成熟，但随着高比例可再生能源的接入，交流微网已无法满足日益增长的直流负荷的需求。为保证可再生能源的高效利用及迎合用户多元化的用电需求，交直流混合微网已逐渐成为当下研究热点。交直流混合微网的交流区域和直流区域通过AC/DC双向换流器连接，离网模式下，由于投切负荷造成功率波动时，AC/DC双向换流器需协调控制传输功率，维持交流区域和直流区域功率的动态平衡。AC/DC双向换流器控制性能的优劣直接影响交直流混合微网电压和频率的质量，严重时影响系统稳定性。
高比例可再生能源的接入，使得交直流混合微网相对于大电网惯性小，并网与离网模式的切换常引起其运行工况较大变化；可再生能源出力的随机性和波动性、负荷需求的频繁变化等会引起微网运行方式的改变，都将导致网络等值参数和运行参数的变化。以上情况都将引起交流区域、直流区域中的分布式电源和储能设备以及交直流互联区域中AC/DC双向换流器等控制对象参数摄动的问题。鲁棒控制是一种实用性较强的现代控制方法，其中H∞控制理论是目前解决鲁棒控制问题比较成功的的理论体系，已成功应用到换流器线性控制器的设计中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够在交直流混合微网中频率波动及控制对象参数摄动时控制交流区域频率并使之保持稳定的交直流混合微网H∞频率控制方法。
本发明所采用的技术方案是：一种交直流混合微网H∞频率控制方法，包括：
1)求取混合灵敏度优化问题系统闭环传递函数的相对偏差，将交直流混合微网分为三个区域：交流区域、直流区域和交直流互联区域；交直流互联区域为AC/DC双向换流器及相应的LCL滤波器，并建立交直流互联区域数学模型；
2)根据所建立的交直流互联区域数学模型和鲁棒控制理论中的混合灵敏度优化问题，设计H∞鲁棒控制器，将交直流混合微网广义被控对象的闭环系统传递函数的相对偏差抑制在设定范围之内；
3)构建频率稳定控制环节作为AC/DC双向换流器的控制外环，根据所设计的H∞鲁棒控制器，将H∞鲁棒控制器作为AC/DC双向换流器的控制内环，并将外环频率稳定控制环节生成的有功电流参考信号，送入AC/DC双向换流器的控制内环H∞鲁棒控制器中，构成AC/DC双向换流器的频率控制器。
步骤1)中所述的求取混合灵敏度优化问题系统闭环传递函数的相对偏差包括：
求取混合灵敏度优化问题系统的开环和闭环频率特性：
其中，G(jω)为频域下被控对象的传递函数，K(jω)为频域下控制系统的传递函数，Go(jω)和Gc(jω)分别表示频域下混合灵敏度优化问题系统的开环传递函数和闭环传递函数；j为虚数单位；ω为实数域下的角频率；
闭环传递函数的相对偏差为
其中，为频域下混合灵敏度优化问题系统开环传递函数的相对偏差到闭环传递函数的相对偏差的增益；
ΔGo(jω)和ΔGc(jω)分别表示频域下混合灵敏度优化问题系统开环传递函数偏差和闭环传递函数偏差。
步骤1)中所述的交直流互联区域数学模型，
交流区域等效电源电压设定为不可控变量，视为扰动量，在三相对称的情况下，定向d轴位于交流区域电源电压矢量方向，对交流侧电压和电流采用派克变换得到交直流互联区域的数学模型为：
其中，状态变量x＝[I1 I2 Uc]T，输出变量为y＝I1，控制量v＝Ue，扰动量w＝Us，
C'＝[1 0 0]；D'＝0；
I1和I2分别为靠近AC/DC双向换流器一侧的电感电流和靠近交流区域等效电源一侧的电感电流；Ue和Uc分别为AC/DC双向换流器交流侧电压和LCL滤波器电容电压；Ri、Li和C1为LCL滤波器的参数，其中i＝1,2；Us为交流区域等效电源电压。
步骤2)中所述的设计H∞鲁棒控制器，包括：
将交直流互联区域数学模型视为标称对象G，状态空间实现为
选择加权函数和并根据考虑加权的混合灵敏度优化问题的标准框架：
u＝Ke
求得广义被控对象的状态空间实现为
其中Bp＝[B1 B2]，z1、z2、z3为性能评价信号；W1、W2、W3分别是对灵敏度函数、摄动度量函数和补灵敏度函数的加权函数；I为单位矩阵；G为标称对象，P为广义被控对象；u为控制输入信号，r为参考输入信号，e为跟踪误差信号；
然后，求解Riccati方程得到Riccati方程的解矩阵X和Y；
其中，Ap和表示状态矩阵和状态矩阵的转置；B1和表示外部输入信号的系数矩阵和系数矩阵的转置；B2和表示控制输入信号的系数矩阵和系数矩阵的转置；C和CT表示输出矩阵和输出矩阵的转置；X和Y为Riccati方程的解；
根据H∞鲁棒控制器K(s)表达式
即可求得H∞鲁棒控制器，其中，Z＝(I-ε-2YX)-1，ε为常数，X和Y为Riccati方程的解。
步骤3)所述的构建AC/DC双向换流器外环频率稳定控制环节，包括，将交流区域频率偏差作为外环频率稳定控制的输入信号，将频率偏差送入下垂环节，根据下垂曲线计算有功功率偏差量，将有功功率偏差量有功功率参考值相加后得到虚拟机械有功功率，再经惯性阻尼环节后得到角频率偏差量，将角频率偏差量叠加上角频率参考值后并积分得到功角参考值，经电磁方程运算得到有功电流参考信号，送入AC/DC双向换流器的控制内环H∞鲁棒控制器中，构成AC/DC双向换流器的频率控制器。
本发明的一种交直流混合微网H∞频率控制方法，在负荷投切导致功率波动时，能有效地平抑微网频率波动，保证微网频率在合理允许的范围之内；在系统模型参数摄动时，仍具有优良的动态品质与稳态性能，有效地解决了系统的鲁棒控制、干扰抑制的控制问题。
附图说明
图1是一种交直流混合微网拓扑结构图；
图2是混合灵敏度优化问题模型结构示意图；
图3是交直流互联区域拓扑结构图；
图4是本发明中频率控制器的控制框图；
图5是频率控制器外环控制小信号模型结构示意图；
图6a是频率控制器外环控制小信号模型稳定性分析示意图；
图6b是频率控制器外环控制小信号模型稳定性分析示意图；
图7是工况一交流区域负荷突增时频率变化仿真波形图；
图8是工况一交流区域负荷突增时频率变化仿真波形图；
图9是H∞控制频率控制器作用下参数摄动时频率波形图；
图10是PI控制下参数摄动时频率波形图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种交直流混合微网H∞频率控制方法做出详细说明。
离网模式下的交直流混合微网失去了配电网的支撑，其内部功率平衡由AC/DC双向换流器及各微源协调控制。当微网内出现大幅度功率缺额时，必要时可舍弃部分负荷用以维持电压和频率稳定。混合灵敏度化问题将系统的鲁棒稳定性要求和性能要求转换为H∞范数意义下的最优控制问题，设计频率鲁棒控制器，将闭环传函偏差抑制在一定范围之内，增强频率对参数摄动的鲁棒性。将鲁棒控制问题转换为用Riccati方程表示，利用线性矩阵不等式方法求解该方程得到H∞频率控制器。
本发明的一种交直流混合微网H∞频率控制方法，是根据AC/DC双向换流器的频率控制器，将频率偏差送入下垂环节，根据下垂曲线计算有功功率偏差量，得到虚拟机械有功功率，再经惯性阻尼环节后的到角频率偏差量，最终生成的有功电流参考信号送入内环，经H∞鲁棒控制器后，生成AC/DC双向换流器PWM脉冲信号，调控交流区域的功率平衡。
本发明的一种交直流混合微网H∞频率控制方法，包括：
1)求取混合灵敏度优化问题系统闭环传递函数的相对偏差，将交直流混合微网分为三个区域：交流区域、直流区域和交直流互联区域，如图1所示。将交流区域用等效的交流电源及等值负荷替代，直流区域用直流电源、滤波电容和等值负荷替代，交直流互联区域为AC/DC双向换流器及相应的LCL滤波器，并建立交直流互联区域数学模型。其中，
(1)所述的求取混合灵敏度优化问题系统闭环传递函数的相对偏差包括：
图2为H∞混合灵敏度控制结构示意图。其中，G(s)为被控对象的传递函数，K(s)为控制系统，y为系统输出信号，w是外部干扰信号输入，r为系统参考输入，e为跟踪误差信号。混合灵敏度优化问题中包含灵敏度极小化问题和鲁棒镇定问题，既考虑通过设计控制系统K(s)使得闭环系统稳定且干扰w对系统输出y的影响最小，又考虑控制器对模型的不确定性。
求取混合灵敏度优化问题系统的开环和闭环频率特性：
其中，G(jω)为频域下被控对象的传递函数，K(jω)为频域下控制系统的传递函数，Go(jω)和Gc(jω)分别表示频域下混合灵敏度优化问题系统的开环传递函数和闭环传递函数；j为虚数单位；ω为实数域下的角频率。
闭环传递函数的相对偏差为
其中，为频域下混合灵敏度优化问题系统开环传递函数的相对偏差到闭环传递函数的相对偏差的增益；通过设计控制器K(s)，能够使该增益足够小，存在足够小的ε>0，使得|Z(jω)|＜ε。从而可将闭环传函偏差抑制在一定范围之内，满足实际要求。
ΔGo(jω)和ΔGc(jω)分别表示频域下混合灵敏度优化问题系统开环传递函数偏差和闭环传递函数偏差。
(2)所述的交直流互联区域数学模型，
如图3所示，为了简化研究对象模型，本文将交流区域用等效的交流电源及等值负荷替代，直流区域用直流电源、滤波电容和等值负荷替代，交直流互联区域为AC/DC双向换流器及相应的LCL滤波器。由于交流区域等效电源电压对于本控制器为不可控变量，为简化控制对象模型，可视为扰动变量。由于鲁棒控制器的抗干扰性，本发明将简化后控制对象模型视为标称对象G。在三相对称的情况下，定向d轴位于交流区域电源电压矢量方向，对交流侧电压和电流采用派克变换得到交直流互联区域的数学模型为：
其中，状态变量x＝[I1 I2 Uc]T，输出变量为y＝I1，控制量v＝Ue，扰动量w＝Us，C'＝[1 0 0]；D'＝0；
I1和I2分别为靠近AC/DC双向换流器一侧的电感电流和靠近交流区域等效电源一侧的电感电流；Ue和Uc分别为AC/DC双向换流器交流侧电压和LCL滤波器电容电压；Ri、Li和C1为LCL滤波器的参数，其中i＝1,2；Us为交流区域等效电源电压。
2)根据所建立的交直流互联区域数学模型和鲁棒控制理论中的混合灵敏度优化问题，设计H∞鲁棒控制器，将交直流混合微网广义被控对象的闭环系统传递函数的相对偏差抑制在设定范围之内，增强频率对参数摄动的鲁棒性；所述的设计H∞鲁棒控制器，包括：
图2中，z1、z2、z3为性能信号，用以评价控制系统性能。W1、W2、W3分别是对灵敏度函数S、摄动度量函数R和补灵敏度函数T的加权函数。
灵敏度函数S表示w到y的传递函数，与系统抗干扰能力有关，通过调整加权系数W1可以有效的抑制干扰；摄动度量函数R表示r到u的传递函数，引入加权系数W2可以限制控制量u的大小；补灵敏度函数T表示r到y的传递函数，与系统的鲁棒性有关，加权函数W3表示乘性摄动的限制。由于S和T之和等于I，因此提高系统抗干扰能力与鲁棒稳定性的要求有矛盾，需对两者进行折中。
将交直流互联区域数学模型视为标称对象G，状态空间实现为H∞鲁棒控制器生成的第一步就是选择加权函数W1、W2和W3。利用G、W1、W2和W3，可求得H∞鲁棒控制器。混合灵敏度优化问题将系统的鲁棒稳定性要求和性能要求转换为H∞范数意义下的最优控制问题。
混合灵敏度权函数选取决定了灵敏度函数增益的大小，是设计该频率鲁棒控制器的关键。为了使系统具有满意的动态特性和较强的抗干扰能力，同时减小跟踪误差，权函数W1应设计为高增益低通滤波器；W2可以限制控制量的大小，防止系统在实际过程中产生严重的饱和现象以及控制量过大而造成执行器的损害；W3应具有高通滤波特性。选择加权函数和并根据考虑加权的混合灵敏度优化问题的标准框架：
u＝Ke
求得广义被控对象的状态空间实现为
其中，I为单位矩阵，G为标称对象；Bp＝[B1 B2]，z1、z2、z3为性能评价信号；W1、W2、W3分别是对灵敏度函数、摄动度量函数和补灵敏度函数的加权函数；I为单位矩阵；u为控制输入信号，r为参考输入信号，e为跟踪误差信号；
标称对象的状态空间实现为加权函数矩阵表示为i＝1,2,3。
计算可得广义被控对象的状态空间实现为：
然后，求解Riccati方程得到Riccati方程的解矩阵X和Y。
其中，Ap和表示状态矩阵和状态矩阵的转置；B1和表示外部输入信号的系数矩阵和系数矩阵的转置；B2和表示控制输入信号的系数矩阵和系数矩阵的转置；C和CT表示输出矩阵和输出矩阵的转置；X和Y为Riccati方程的解。
根据H∞鲁棒控制器K(s)表达式
即可求得H∞鲁棒控制器。其中，Z＝(I-ε-2YX)-1，ε为常数，X和Y为Riccati方程的解。
3)为了实现离网模式下AC/DC双向换流器对频率的鲁棒控制，本发明对传统双环控制进行了改进，在提升系统惯性的同时，兼顾相应的功率跟踪性能和鲁棒镇定性能，有效解决元件老化、系统结构变化、运行方式变化等引起的参数摄动问题，保证交直流混合微网系统的标称性能和鲁棒性能，确保实现交直流混合微网系统的功率平衡。图4所示为该频率控制器的控制结构框图。
由图4可知，频率控制器分为外环频率稳定控制和内环鲁棒控制控制两部分。构建频率稳定控制环节作为AC/DC双向换流器的控制外环：将交流区域频率偏差作为外环频率稳定控制的输入信号，将频率偏差送入下垂环节，根据下垂曲线计算有功功率偏差量，将有功功率偏差量有功功率参考值相加后得到虚拟机械有功功率，再经惯性阻尼环节后得到角频率偏差量，将角频率偏差量叠加上角频率参考值后并积分得到功角参考值，经电磁方程运算得到有功电流参考信号。根据所设计的H∞鲁棒控制器，将H∞鲁棒控制器作为AC/DC双向换流器的控制内环，并将外环频率稳定控制环节生成的有功电流参考信号，送入AC/DC双向换流器的控制内环H∞鲁棒控制器中，构成AC/DC双向换流器的频率控制器，调控交流区域的功率平衡。图5、图6a、图6b为该频率稳定控制的结构框图和稳定性分析示意图。
下面给出实例：
本发明的一种交直流混合微网H∞频率控制方法，应用在交直流混合微网中，微网中高比例风力、光伏发电的输出功率具有随机性、波动性，同时负荷功率具有随机时变性，这些特性易引起微网中频率波动。微网运行方式的改变，将导致网络等值参数和运行参数的变化。本发明旨在解决交直流混合微网中频率波动及控制对象参数摄动的问题。为了验证本发明方法的正确性与可行性，在MATLAB/Simulink环境下建立了如图1所示的交直流混合微网模型，对交直流互联区域控制系统进行了不同工况下的验证，部分仿真参数如表1所示。
表1系统仿真参数
利用MATLAB中的鲁棒控制工具箱，对H∞控制器进行求解，求解结果为
工况一：离网模式下，有功功率从直流区流向交流区，系统总负荷为100kW。交流母线电压和频率由AC/DC双向换流器协调控制。仿真开始时，交流区域负荷突增40kW，0.5s时再增长40kW。频率仿真波形如图7所示。
交流区域内部功率波动时，采用PI控制时，交流区域频率将产生偏差，无法恢复至额定值附近。采用本文所提频率控制方法时能够有效维持交流区域频率恒定，系统频率经短暂下降后恢复至额定值附近，并且频率稳态偏差较小，保证了交流区域频率质量。为更加凸显控制器的有效性，设置仿真开始时，交流负荷突增60kW，0.5s时突降80kW，PI控制与该方法频率仿真对比波形如图8所示。与图7相比，PI控制下，频率跌落值增加且无法恢复，H∞频率控制经短暂跌落后恢复，并能保证频率稳定在额定值附近。
工况二分析参数摄动对系统仿真结果的影响。仿真条件和工况一保持一致：仿真开始时，交流区域负荷突增40kW，0.5s时负荷再突增40kW。令系统模型参数发生摄动，即滤波电感L分别摄动为150％L、100％L和50％L。图9和图10分别给出了采用H∞控制和PI时，三种摄动情形下频率变化曲线。
从工况二仿真结果来看，采用H∞控制时参数摄动前后结果变化不大，频率依旧能够稳定在额定频率附近。这表明H∞频率控制器具有很强的鲁棒性，可以抑制参数不确定性对系统带来的影响，保证交直流混合微网频率的稳定性。采用PI控制时，参数摄动情况下，频率动态响应较慢，甚至失去稳定。
仿真结果表明，在负荷投切导致功率波动时，该频率控制方法能有效地平抑微网频率波动，保证微网频率在合理允许的范围之内；在系统模型参数摄动时，仍具有优良的动态品质与稳态性能，且设计的控制器结构简单。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种交直流混合微网H∞频率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)求取混合灵敏度优化问题系统闭环传递函数的相对偏差，将交直流混合微网分为三个区域：交流区域、直流区域和交直流互联区域；交直流互联区域为AC/DC双向换流器及相应的LCL滤波器，并建立交直流互联区域数学模型；
2)根据所建立的交直流互联区域数学模型和鲁棒控制理论中的混合灵敏度优化问题，设计H∞鲁棒控制器，将交直流混合微网广义被控对象的闭环系统传递函数的相对偏差抑制在设定范围之内；
3)构建频率稳定控制环节作为AC/DC双向换流器的控制外环，根据所设计的H∞鲁棒控制器，将H∞鲁棒控制器作为AC/DC双向换流器的控制内环，并将外环频率稳定控制环节生成的有功电流参考信号，送入AC/DC双向换流器的控制内环H∞鲁棒控制器中，构成AC/DC双向换流器的频率控制器。
2.根据权利要求1所述的一种交直流混合微网H∞频率控制方法，其特征在于，步骤1)中所述的求取混合灵敏度优化问题系统闭环传递函数的相对偏差包括：
求取混合灵敏度优化问题系统的开环和闭环频率特性：
其中，G(jω)为频域下被控对象的传递函数，K(jω)为频域下控制系统的传递函数，Go(jω)和Gc(jω)分别表示频域下混合灵敏度优化问题系统的开环传递函数和闭环传递函数；j为虚数单位；ω为实数域下的角频率；
闭环传递函数的相对偏差为
其中，为频域下混合灵敏度优化问题系统开环传递函数的相对偏差到闭环传递函数的相对偏差的增益；
ΔGo(jω)和ΔGc(jω)分别表示频域下混合灵敏度优化问题系统开环传递函数偏差和闭环传递函数偏差。
3.根据权利要求1所述的一种交直流混合微网H∞频率控制方法，其特征在于，步骤1)中所述的交直流互联区域数学模型，
交流区域等效电源电压设定为不可控变量，视为扰动量，在三相对称的情况下，定向d轴位于交流区域电源电压矢量方向，对交流侧电压和电流采用派克变换得到交直流互联区域的数学模型为：
其中，状态变量x＝[I1 I2 Uc]T，输出变量为y＝I1，控制量v＝Ue，扰动量w＝Us，
I1和I2分别为靠近AC/DC双向换流器一侧的电感电流和靠近交流区域等效电源一侧的电感电流；Ue和Uc分别为AC/DC双向换流器交流侧电压和LCL滤波器电容电压；Ri、Li和C1为LCL滤波器的参数，其中i＝1,2；Us为交流区域等效电源电压。
4.根据权利要求1所述的一种交直流混合微网H∞频率控制方法，其特征在于，步骤2)中所述的设计H∞鲁棒控制器，包括：
将交直流互联区域数学模型视为标称对象G，状态空间实现为
选择加权函数和并根据考虑加权的混合灵敏度优化问题的标准框架：
u＝Ke
求得广义被控对象的状态空间实现为
其中Bp＝[B1 B2]，z1、z2、z3为性能评价信号；W1、W2、W3分别是对灵敏度函数、摄动度量函数和补灵敏度函数的加权函数；I为单位矩阵；G为标称对象，P为广义被控对象；u为控制输入信号，r为参考输入信号，e为跟踪误差信号；
然后，求解Riccati方程得到Riccati方程的解矩阵X和Y；
其中，Ap和表示状态矩阵和状态矩阵的转置；B1和表示外部输入信号的系数矩阵和系数矩阵的转置；B2和表示控制输入信号的系数矩阵和系数矩阵的转置；C和CT表示输出矩阵和输出矩阵的转置；X和Y为Riccati方程的解；
根据H∞鲁棒控制器K(s)表达式
即可求得H∞鲁棒控制器，其中，Z＝(I-ε-2YX)-1，ε为常数，X和Y为Riccati方程的解。
5.根据权利要求1所述的一种交直流混合微网H∞频率控制方法，其特征在于，步骤3)所述的构建AC/DC双向换流器外环频率稳定控制环节，包括，将交流区域频率偏差作为外环频率稳定控制的输入信号，将频率偏差送入下垂环节，根据下垂曲线计算有功功率偏差量，将有功功率偏差量有功功率参考值相加后得到虚拟机械有功功率，再经惯性阻尼环节后得到角频率偏差量，将角频率偏差量叠加上角频率参考值后并积分得到功角参考值，经电磁方程运算得到有功电流参考信号，送入AC/DC双向换流器的控制内环H∞鲁棒控制器中，构成AC/DC双向换流器的频率控制器。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111245000A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-06-05 | 华北电力大学（保定） | 基于h∞指标的微网输出量反馈最优分散协调控制方法 |
| CN111695221A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-09-22 | 重庆大学 | 确保直流母线电压稳定运行的鲁棒控制器设计方法 |
| CN112366742A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-12 | 中国石油大学(华东) | 一种基于h∞混合灵敏度理论的mtdc阻尼控制器 |
| CN112688307A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-20 | 国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司 | 一种交直流混合微电网控制器及控制方法 |
| CN114172353A (zh) * | 2021-07-12 | 2022-03-11 | 中国人民解放军空军预警学院雷达士官学校 | 一种减少中频电源的输出电压谐波的方法和装置 |
| CN115065070A (zh) * | 2022-06-09 | 2022-09-16 | 国网江苏省电力有限公司淮安供电分公司 | 一种基于鲁棒h∞控制的微电网频率控制方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102738836A (zh) * | 2012-06-26 | 2012-10-17 | 中国电力科学研究院 | 一种交直流混合型微电网系统及其控制方法 |
| CN104319771A (zh) * | 2014-05-30 | 2015-01-28 | 国家电网公司 | 一种基于混合灵敏度的微电网频率h∞控制方法 |
| CN104852407A (zh) * | 2015-05-26 | 2015-08-19 | 中国电力科学研究院 | 一种交直流混合微电网中ic的双向下垂控制方法 |
| CN107294123A (zh) * | 2017-06-27 | 2017-10-24 | 清华大学 | 能量路由器控制模型获取方法及系统、控制器及控制方法 |
| CN107453412A (zh) * | 2017-08-14 | 2017-12-08 | 北方工业大学 | 基于vsg控制装置及方法、多vsg预同步并网方法 |
| CN107592026A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-16 | 西南交通大学 | 基于vsm的两电平牵引整流器的控制策略 |
| CN107863786A (zh) * | 2017-11-22 | 2018-03-30 | 太原理工大学 | 基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法 |
| CN108390413A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-08-10 | 华北电力大学（保定） | 一种分布式光伏对交直流混合微电网适应能力改善方法 |
| CN108832657A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-16 | 太原理工大学 | 交直流混合微电网双向功率变换器虚拟同步电机控制方法 |
| CN108879690A (zh) * | 2018-08-20 | 2018-11-23 | 东北大学 | 一种交直流混合微电网数据驱动控制方法 |
| CN109995053A (zh) * | 2019-01-12 | 2019-07-09 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种柔性直流系统换流站提升电网频率稳定性控制方法 |
| CN110198055A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-03 | 华北电力大学（保定） | 基于虚拟同步机的微网双向换流器控制方法及稳定性分析 |
-
2019
- 2019-07-31 CN CN201910700556.4A patent/CN110535147B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102738836A (zh) * | 2012-06-26 | 2012-10-17 | 中国电力科学研究院 | 一种交直流混合型微电网系统及其控制方法 |
| CN104319771A (zh) * | 2014-05-30 | 2015-01-28 | 国家电网公司 | 一种基于混合灵敏度的微电网频率h∞控制方法 |
| CN104852407A (zh) * | 2015-05-26 | 2015-08-19 | 中国电力科学研究院 | 一种交直流混合微电网中ic的双向下垂控制方法 |
| CN107294123A (zh) * | 2017-06-27 | 2017-10-24 | 清华大学 | 能量路由器控制模型获取方法及系统、控制器及控制方法 |
| CN107453412A (zh) * | 2017-08-14 | 2017-12-08 | 北方工业大学 | 基于vsg控制装置及方法、多vsg预同步并网方法 |
| CN107592026A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-16 | 西南交通大学 | 基于vsm的两电平牵引整流器的控制策略 |
| CN107863786A (zh) * | 2017-11-22 | 2018-03-30 | 太原理工大学 | 基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法 |
| CN108390413A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-08-10 | 华北电力大学（保定） | 一种分布式光伏对交直流混合微电网适应能力改善方法 |
| CN108832657A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-16 | 太原理工大学 | 交直流混合微电网双向功率变换器虚拟同步电机控制方法 |
| CN108879690A (zh) * | 2018-08-20 | 2018-11-23 | 东北大学 | 一种交直流混合微电网数据驱动控制方法 |
| CN109995053A (zh) * | 2019-01-12 | 2019-07-09 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种柔性直流系统换流站提升电网频率稳定性控制方法 |
| CN110198055A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-03 | 华北电力大学（保定） | 基于虚拟同步机的微网双向换流器控制方法及稳定性分析 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| PENG LI ET AL: "The H∞ Control Method of Grid-Tied", 《IEEE TRANSACTIONS ON SMART GRID》 * |
| 李鹏，于晓蒙，赵波: "基于混合灵敏度的交直流混合微网交直流断面电压H∞ 鲁棒控制", 《中国电机工程学报》 * |
| 马显: "交直流混合微网鲁棒控制方法研究", 《硕士电子期刊》 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111245000A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-06-05 | 华北电力大学（保定） | 基于h∞指标的微网输出量反馈最优分散协调控制方法 |
| CN111245000B (zh) * | 2020-01-17 | 2023-10-27 | 华北电力大学（保定） | 基于h∞指标的微网输出量反馈最优分散协调控制方法 |
| CN111695221A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-09-22 | 重庆大学 | 确保直流母线电压稳定运行的鲁棒控制器设计方法 |
| CN111695221B (zh) * | 2020-05-20 | 2024-01-26 | 重庆大学 | 确保直流母线电压稳定运行的鲁棒控制器设计方法 |
| CN112366742A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-12 | 中国石油大学(华东) | 一种基于h∞混合灵敏度理论的mtdc阻尼控制器 |
| CN112688307A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-20 | 国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司 | 一种交直流混合微电网控制器及控制方法 |
| CN112688307B (zh) * | 2020-12-04 | 2024-04-12 | 国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司 | 一种交直流混合微电网控制器及控制方法 |
| CN114172353A (zh) * | 2021-07-12 | 2022-03-11 | 中国人民解放军空军预警学院雷达士官学校 | 一种减少中频电源的输出电压谐波的方法和装置 |
| CN115065070A (zh) * | 2022-06-09 | 2022-09-16 | 国网江苏省电力有限公司淮安供电分公司 | 一种基于鲁棒h∞控制的微电网频率控制方法 |
| CN115065070B (zh) * | 2022-06-09 | 2023-11-21 | 国网江苏省电力有限公司淮安供电分公司 | 一种基于鲁棒h∞控制的微电网频率控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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