CN110676836B - 基于扰动观测器的buck变流器并联动态补偿方法以及系统 - Google Patents

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Abstract

本公开是关于一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法以及系统。其中,方法包括:采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号;根据各BUCK变流器的剩余容量,将总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号;将各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的并联动态补偿结构生成补偿信号;BUCK变流器电流环补偿结构根据补偿信号抵消电流环的反馈影响,以完成BUCK变流器并联动态补偿。本公开可有效提高响应速度,减少了负载切入切出对电网的冲击,保证直流母线电压的稳定。

Description

基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法以及系统
技术领域
本公开涉及电力电子领域,具体而言,涉及一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法以及系统。
背景技术
随着传统化石能源消耗的不断增大,分布式可再生能源的发展越来越迫切。分布式可再生能源包括风能、太阳能、潮汐能、地热能等,因其出力的随机性与不确定性,在直接并入电网时会对大电网产生较大的冲击,为解决分布式可再生能源发电对大电网的影响,国内外学者提出并不断发展了微电网的概念。与交流微电网相比,直流微电网不需要考虑母线电压的相位、频率和无功功率等问题,同时能量变换过程中减少了AC-DC等电力电子变流器的使用,减小了成本,大大提高了效率。因此,直流微电网的发展成为了国内外研究的重点。直流微电网通常由分布式发电(DG)单元(如光伏(PV)阵列和风力涡轮机)、能源供应(存储)单元(如燃料电池和电池)、局部直流负载和交流电网接口逆变器组成。
直流微电网中各分布式微源通过DC/DC变流器与直流母线相连,并采用下垂控制方法,以保证各微源端口输出功率按自身容量比例均分,达到即插即用的目的。传统直流下垂控制因其本身固有的特性而存在电压偏差问题,同时因为线路电阻的存在,导致各并联变流器的出口电压存在差异、功率均分精度降低,直流母线电压质量下降。同时公共负载的切入切出等都会影响直流母线电压的稳定,使母线电压动态响应效果变差。
为解决以上问题,在现有技术中常使用如下两种方法:在传统下垂的基础上,增加一个虚拟电阻,来抵消掉线路阻抗的影响,但抵消线路电阻对功率分配的影响,电压偏差问题依然存在;增加通讯,通过采集相邻变流器的电压电流信息来调节自身的功率分配,但采用二次调节的方式,通过中央控制器采集各变流器电压、电流信息,经计算后将控制量发放给各个变流器的控制器以调节输出,但由于存在中央控制器,导致系统可靠性、可扩展性差。
需要说明的是,在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法以及系统,进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
根据本公开的一个方面,提供一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法,包括:
总扰动信号采集步骤,通过采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号;
扰动信号分配步骤,根据各BUCK变流器的剩余容量,将所述总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号;
补偿信号生成步骤,将所述各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的并联动态补偿结构生成补偿信号,并发送至所述的电流环输出端;
电流环反馈影响抵消步骤,BUCK变流器电流环补偿结构根据所述补偿信号抵消电流环的反馈影响,以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。
在本公开的一种示例性实施例中,所述总扰动信号采集步骤及扰动信号分配步骤还包括:
对多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动电流进行监测;
利用GPS同步授时功能,将公共负载总电流作为总扰动信号按照各BUCK变流器的剩余容量比例生成各BUCK变流器对应的分扰动信号,并发送至各台逆变器的控制器。
在本公开的一种示例性实施例中,所述补偿信号生成步骤还包括建立基于各BUCK变流器的直流微电网多变流器并联的数学模型以生成状态空间表达式:
建立基于各BUCK变流器的直流微电网多变流器并联的第i个BUCK变流器的数学模型:
Figure GDA0002277211690000031
若不考虑线路的影响,由上述数学模型可得出第i个变流器的状态空间表达式变为:
Figure GDA0002277211690000032
Figure GDA0002277211690000033
根据PWM原理,Vi为电流源输入值,Vc为载波幅值,令Vc等于Vi,Kpwm等效增益为1,得到单个变流器状态空间表达式:
Figure GDA0002277211690000034
Figure GDA0002277211690000035
在本公开的一种示例性实施例中,所述补偿信号生成步骤还包括扰动电流分解步骤:
根据所述状态空间方程对所述BUCK变流器的扰动电流分解为公共负载电流与环流,并以所述公共负载电流作为扰动观测器的输入,对微电网中并联的每台变流器进行补偿控制。
在本公开的一种示例性实施例中,所述补偿信号生成步骤还包括:
基于BUCK变流器标准反馈控制回路,根据左右互质分解理论可得:
Figure GDA0002277211690000041
根据尤拉参数化理论推导,可得到基于动态补偿控制框架的扰动观测器;
基于模型匹配对所述尤拉参数化矩阵Q(s)进行求解,生成基于扰动观测器的动态补偿控制方程,根据扰动观测器及尤拉参数化矩阵生成补偿信号。
在本公开的一种示例性实施例中,所述电流环反馈影响抵消步骤还包括为避免补偿信号会通过反馈环节影响到电流环的控制,设计电流环结构:
基于电流环补偿等效结构,以及根据线性叠加定理,求解电流环补偿方程式,并以所述补偿信号为输入,以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。
在本公开的一个方面,提供一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿系统,其特征在于,所述系统包括:
总扰动信号采集模块,用于通过采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号;
扰动信号分配模块,用于根据各BUCK变流器的剩余容量,将所述总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号;
补偿信号生成模块,用于将所述各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的扰动观测器及尤拉参数化矩阵生成补偿信号,并发送至所述的电流环输出端;
电流环反馈影响抵消模块,用于BUCK变流器电流环补偿结构根据所述补偿信号抵消电流环的反馈影响,以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。
本公开通过采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号;根据各BUCK变流器的剩余容量,将所述总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号;将所述各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的扰动观测器及尤拉参数化矩阵生成补偿信号,并发送至所述的电流环输出端;BUCK变流器电流环补偿结构根据所述补偿信号抵消电流环的反馈影响,以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。本公开在基于虚拟电阻的多台变流器并联基础上,根据变流器控制结构,设计电流环补偿控制器,补偿信号作用于电压环的输出端,提高了响应速度,减少了负载切入切出对电网的冲击,保证直流母线电压的稳定。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本公开。
附图说明
通过参照附图来详细描述其示例实施例,本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1示出了根据本公开一示例性实施例的基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法的流程图;
图2示出了根据本公开一示例性实施例的直流微电网多变流器并联结构;
图3示意性示出了根据本公开一示例性实施例的多个变流器并联直流下垂控制框图;
图4示意性示出了根据本公开一示例性实施例的基于扰动观测器的BUCK变流器并联标准反馈控制回路示意图;
图5示意性示出了根据本公开一示例性实施例的基于扰动观测器的BUCK变流器并联的动态补偿结构示意图;
图6示意性示出了根据本公开一示例性实施例的基于扰动观测器的BUCK变流器并联的电流环补偿等效框图;
图7示意性示出了根据本公开一示例性实施例的基于扰动观测器的变流器并联动态补偿结构框图;
图8示意性示出了根据本公开一示例性实施例的基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法仿真的负载投切直流母线电压对比图;
图9示出了根据本公开一示例性实施例的基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿系统图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而,示例实施例能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的实施例;相反,提供这些实施例使得本公开将全面和完整,并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分,因而将省略对它们的重复描述。
此外,所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中,提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而,本领域技术人员将意识到,可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多,或者可以采用其它的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其它情况下,不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体,不一定必须与物理上独立的实体相对应。即,可以采用软件形式来实现这些功能实体,或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分,或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
在本示例实施例中,首先提供了一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法,参考图1所示,该基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法可以包括以下步骤:
总扰动信号采集步骤S110,通过采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号;
扰动信号分配步骤S120,根据各BUCK变流器的剩余容量,将所述总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号;
补偿信号生成步骤S130,将所述各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的并联动态补偿结构生成补偿信号,并发送至所述的电流环输出端;
电流环反馈影响抵消步骤S140,BUCK变流器电流环补偿结构根据所述补偿信号抵消电流环的反馈影响,以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。
本公开通过采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号;根据各BUCK变流器的剩余容量,将所述总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号;将所述各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的并联动态补偿结构生成补偿信号,并发送至所述的电流环输出端;BUCK变流器电流环补偿结构根据所述补偿信号抵消电流环的反馈影响,以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。本公开在基于虚拟电阻的多台变流器并联基础上,设计电流环补偿控制器,补偿信号作用于电压环的输出端,提高了响应速度,减少了负载切入切出对电网的冲击,保证直流母线电压的稳定。
在总扰动信号采集步骤S110中,可以通过采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号。
在本发明示例性实施方式中,所述总扰动信号采集步骤及扰动信号分配步骤还包括:
对多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动电流进行监测;
利用GPS同步授时功能,将公共负载总电流作为总扰动信号按照各BUCK变流器的剩余容量比例生成各BUCK变流器对应的分扰动信号,并发送至各台逆变器的控制器。
在扰动信号分配步骤S120中,可以根据各BUCK变流器的剩余容量,将所述总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号。
在本发明示例性实施方式中,所述补偿信号生成步骤还包括建立基于各BUCK变流器的直流微电网多变流器并联的数学模型以生成状态空间表达式:
请参考图2所示的直流微电网多变流器并联结构,Vi,j为直流源输入值,D为开关管的开关占空比,Li,j为电感值,ri,j为电感内阻,Llinei,j为线路电感,Ri,j为线路电阻值。Ci,j为电容值,R为负载值,Ui,j为输出端口电压。ILi,j、ICi,j分别为流过两BUCK变流器中的电感电流和电容电流,Ioi,oj为线路中流向公共负载的电流值,Iij为环流值。结合上图,对电感电容分别建模联立可得图中第i个BUCK变流器模型:
Figure GDA0002277211690000081
因此我们可以得到多个变流器并联的孤岛直流微电网模型的状态空间表达式为:
Figure GDA0002277211690000082
其中:
xgi=[Ui ILi]T
Figure GDA0002277211690000083
Cgi=[1 0]。
Figure GDA0002277211690000084
表示相邻两个微源之间的扰动关系,若不考虑线路的影响,由上述数学模型可得出第i个变流器的状态空间表达式变为:
Figure GDA0002277211690000091
Figure GDA0002277211690000092
根据PWM原理,Vi为电流源输入值,Vc为载波幅值,令Vc等于Vi,Kpwm等效增益为1,得到单个变流器状态空间表达式:
Figure GDA0002277211690000093
Figure GDA0002277211690000094
在本发明示例性实施方式中,垂控制无需变流器之间的通讯,结构简单,满足即插即用。微电网孤岛运行时负荷功率自主分配方法分为“I-V”和“P-V”两种下垂控制方式,因为直流微电网中不需要考虑率相位无功等问题,分析变流器输出电流关系即可反映变流器功率出力情况,因此采用“I-V”下垂控制方法。其数学表达式为:
U*=Uref-mI
变流器控制方法采用下垂,电压,电流三闭环控制,为抵消线路电阻对直流母线电压的影响,引入一个反馈虚拟电阻。同时在直流微电网中,线路电感对电流的影响较小,可忽略不计,由此可得直流微电网变流器并联下垂控制框图请参考图3所示。
在补偿信号生成步骤S130中,可以将所述各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的并联动态补偿结构生成补偿信号,并发送至所述的电流环输出端。
在本发明示例性实施方式中,所述补偿信号生成步骤还包括扰动电流分解步骤:
根据所述状态空间方程对所述BUCK变流器的扰动电流分解为公共负载电流与环流,并以所述公共负载电流作为扰动观测器的输入,对微电网中并联的每台变流器进行补偿控制。
在本发明示例性实施方式中,在请参考图4所示的标准反馈控制回路结构中,在直流微电网稳定运行时,流过公共负载的电流值为两变流器经过线路的电流之和,即
Io=Ii+Ij
Io为流过公共负载电流,当Ii为第i台变流器流过线路的电流,Ij为第j台变流器流过线路的电流。通过建模分析可知,Ii,j中包含两部分电流,一部分为流向公共负载的电流Ioi,j,一部分为环流Iij,在系统处于稳定运行状态时,相邻两台变流器输出端口电压Ui与Uj相等,因此第j台变流器对第i台变流器的影响电流Iij可以忽略不计。当公共负载Rij切入切出时,负载变化导致相邻两台变流器输出端口电压不一致,导致环流Iij出现,而Iij只与变流器输出端口电压有关,因此只需考虑流向公共负载的电流Ioi,j为扰动量,设计一种基于扰动观测器的并联动态补偿结构,对微电网中并联的每台变流器进行补偿控制。
在本发明示例性实施方式中,其特征在于,所述补偿信号生成步骤还包括:
基于BUCK变流器标准反馈控制回路,根据左右互质分解理论可得:
Figure GDA0002277211690000101
残差定义为系统实际输出与状态观测估计值的差值,定义
Figure GDA0002277211690000102
根据尤拉参数化理论推导,可得到基于扰动观测器的动态补偿控制框架;
基于模型匹配对所述尤拉参数化矩阵Q(s)进行求解,生成基于扰动观测器的动态补偿控制方程,根据扰动观测器及尤拉参数化矩阵生成补偿信号。
Q(s)的求解等价为模型匹配求解,请参考图5所示基于扰动观测器的动态补偿结构为典型模型匹配结构,能够实现当扰动d输入时,输出y能趋近于0。即满足||G1-G2QG3||=minimum。G1为扰动输入系统的传递函数,G2为扰动观测器传递函数,G3为控制对象。根据直流微电网中BUCK电路的数学模型,扰动作用于控制对象G1的标准状态空间形式为:
Figure GDA0002277211690000111
y=Cx
扰动观测器G2可以依据输入和输出来估计系统的状态,通过极点配置可得L矩阵,观测器极点为系统极点的3~5倍其标准形式为:
Figure GDA0002277211690000112
Figure GDA0002277211690000113
控制对象G3为:
Figure GDA0002277211690000114
y=Cx
根据状态空间转传递函数公式:
G(s)=C(sI-A)-1B
联立求得Q(s)的值。
在电流环反馈影响抵消步骤S140中,可以BUCK变流器电流环补偿结构根据所述补偿信号抵消电流环的反馈影响,以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。
在本发明示例性实施方式中,所述电流环反馈影响抵消步骤还包括为避免补偿信号会通过反馈环节影响到电流环的控制,设计电流环结构:
基于电流环补偿等效结构,以及根据线性叠加定理,求解电流环补偿方程式,并以所述补偿信号为输入,以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。
在本发明示例性实施方式中,尤拉参数化矩阵Q(s)的输出的补偿信号作用在电流环的输出,因为系统中电感电流需要反馈到控制部分的电流环中,因此补偿信号会通过反馈环节影响到电流环的控制,因此需要设计电流环的补偿结构,以抵消Q(s)的补偿信号对电流环的影响。抵消等效框图请参考图6所示。
图6中
Figure GDA0002277211690000121
根据线性叠加定理,若想消除补偿信号Q对电流环的影响,只需令
Figure GDA0002277211690000122
由此可得
Figure GDA0002277211690000123
因此基于扰动观测器的并联动态补偿结构可以如图7所示。
在本发明示例性实施方式中,请参考图7所示的G2(s)为扰动观测器,在实际微电网中可以从公共负载端测量总扰动根据剩余容量进行扰动分配。同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)是一种基于全球定位系统统一授时的装置,能够测量电力系统重要节点的电压、电流相位等相量数据。公共负载端产生总扰动后经过PMU扰动分配后得到不同变流器的扰动输入d1,d2,分别输入到相应的扰动观测器中,经扰动观测器与尤拉参数化矩阵Q(s)产生的补偿信号作用在电流环输出端,再经过H(s)抵消掉对电流环的反馈影响,以此来抵消掉公共负载切入切出或其他原因造成的扰动对直流母线电压的影响,提高直流母线电压的动态响应。
在本发明示例性实施方式中,请参考图8所示,在直流微电网变流器并联下垂控制的基础上提出一种基于扰动观测器的并联动态补偿方法的仿真实验负载投切直流母线电压对比图,其中,0.2s切出负载,0.4s切入负载,从图8中可看出红色部分电压为未加动态补偿结构之前,经过0.05s电压回升到稳定值,黑色部分电压为加入动态补偿结构后,电压经过0.005s回到稳定值。电压参考值为100V,从图中可以看出,加入虚拟电阻后的直流下垂控制下,电压偏差小于5%,属于合理偏差范围内。
本公开提高直流微电网母线电压动态响应,对公共负载切入切出造成的扰动进行分析,将总扰动分配给每个变流器来进行抑制,减小负载或变流器切入切出对直流母线电压的冲击。同时保证电流功率能够按照比例均分。
需要说明的是,尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤,但是,这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤,或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的,可以省略某些步骤,将多个步骤合并为一个步骤执行,以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
此外,在本示例实施例中,还提供了一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿系统。参照图9所示,该基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿系统,可以包括总扰动信号采集模块901、扰动信号分配模块902、补偿信号生成模块903以及电流环反馈影响抵消模块904,其中:
总扰动信号采集模块901,用于通过采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号;
扰动信号分配模块902,用于根据各BUCK变流器的剩余容量,将所述总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号;
补偿信号生成模块903,用于将所述各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的并联动态补偿结构生成补偿信号,并发送至所述的电流环输出端;
电流环反馈影响抵消模块904,用于BUCK变流器电流环补偿结构根据所述补偿信号抵消电流环的反馈影响,以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。
上述中各基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿系统模块的具体细节已经在对应的基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法中进行了详细的描述,因此此处不再赘述。
应当注意,尽管在上文详细描述中提及了基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿系统的若干模块或者单元,但是这种划分并非强制性的。实际上,根据本公开的实施方式,上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之,上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
此外,在本公开的示例性实施例中,还提供了一种能够实现上述方法的电子设备。
所属技术领域的技术人员能够理解,本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此,本发明的各个方面可以具体实现为以下形式,即:完全的硬件实施例、完全的软件实施例(包括固件、微代码等),或硬件和软件方面结合的实施例,这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
通过以上的实施例的描述,本领域的技术人员易于理解,这里描述的示例实施例可以通过软件实现,也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此,根据本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来,该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM,U盘,移动硬盘等)中或网络上,包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施例的方法。
此外,上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明,而不是限制目的。易于理解,上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外,也易于理解,这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是,本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (5)

1.一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法,其特征在于,所述方法包括:
总扰动信号采集步骤,采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号;
扰动信号分配步骤,根据各BUCK变流器的剩余容量,将所述总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号;
补偿信号生成步骤,将所述各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的扰动观测器及尤拉参数化矩阵生成补偿信号,基于BUCK变流器标准反馈控制回路,根据左右互质分解理论可得:
Figure FDA0002800630840000011
根据尤拉参数化理论推导,可得到基于动态补偿控制框架的扰动观测器;基于模型匹配对所述尤拉参数化矩阵Q(s)进行求解,生成基于扰动观测器的动态补偿控制方程,根据扰动观测器及尤拉参数化矩阵生成补偿信号,并发送至电流环输出端;建立基于各BUCK变流器的直流微电网多变流器并联的数学模型以生成状态空间表达式方程;根据所述状态空间表达式方程对所述BUCK变流器的扰动电流分解为公共负载电流与环流,并以所述公共负载电流作为扰动观测器的输入,对微电网中并联的每台变流器进行补偿控制;
电流环反馈影响抵消步骤,BUCK变流器电流环补偿结构根据所述补偿信号抵消电流环的反馈影响,以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述总扰动信号采集步骤及扰动信号分配步骤还包括:
对多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动电流进行监测;
利用GPS同步授时功能,将公共负载总电流作为总扰动信号按照各BUCK变流器的剩余容量比例生成各BUCK变流器对应的分扰动信号,并发送至各台BUCK变流器的控制器。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述补偿信号生成步骤还包括建立基于各BUCK变流器的直流微电网多变流器并联的数学模型以生成状态空间表达式:
建立基于各BUCK变流器的直流微电网多变流器并联的第i个BUCK变流器的数学模型:
Figure FDA0002800630840000021
若不考虑线路的影响,由上述数学模型可得出第i个变流器的状态空间表达式变为:
Figure FDA0002800630840000022
Figure FDA0002800630840000023
根据PWM原理,Vi为电流源输入值,Vc为载波幅值,令Vc等于Vi,Kpwm等效增益为1,得到单个变流器状态空间表达式:
Figure FDA0002800630840000024
Figure FDA0002800630840000025
其中,Vi为直流源输入值,D为开关管的开关占空比,Li为电感值,ri为电感内阻,Ci为电容值,Ui为输出端口电压,ILi为流过两BUCK变流器中的电感电流,Ioi为线路中流向公共负载的电流值,Iij为环流值。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电流环反馈影响抵消步骤还包括为避免补偿信号会通过反馈环节影响到电流环的控制,设计电流环结构:
基于电流环补偿等效结构,以及根据线性叠加定理,求解电流环补偿方程式,并以所述补偿信号为输入,以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。
5.一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿系统,其特征在于,所述系统包括:
总扰动信号采集模块,用于通过采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号;
扰动信号分配模块,用于根据各BUCK变流器的剩余容量,将所述总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号;
补偿信号生成模块,用于将所述各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的扰动观测器及尤拉参数化矩阵生成补偿信号,基于BUCK变流器标准反馈控制回路,根据左右互质分解理论可得:
Figure FDA0002800630840000031
根据尤拉参数化理论推导,可得到基于动态补偿控制框架的扰动观测器;基于模型匹配对所述尤拉参数化矩阵Q(s)进行求解,生成基于扰动观测器的动态补偿控制方程,根据扰动观测器及尤拉参数化矩阵生成补偿信号,并发送至电流环输出端;建立基于各BUCK变流器的直流微电网多变流器并联的数学模型以生成状态空间表达式方程;根据所述状态空间表达式方程对所述BUCK变流器的扰动电流分解为公共负载电流与环流,并以所述公共负载电流作为扰动观测器的输入,对微电网中并联的每台变流器进行补偿控制;
电流环反馈影响抵消模块,用于BUCK变流器电流环补偿结构根据所述补偿信号抵消电流环的反馈影响,以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。
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