CN110752665B - 针对ups系统集成微电网的自适应性能控制方法及系统 - Google Patents

针对ups系统集成微电网的自适应性能控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制方法及系统，其中，所述方法包括：建立UPS系统的约束性空间状态模型，以及明确所述UPS系统的控制目标时，对输出量的约束和所有闭环信号的有界性；基于误差变换法将所述约束性空间状态模型转换为等效的约束性空间模型；利用参数变量表示所述等效的约束性空间模型的实际输出轨迹与期望输出轨迹的误差，将最初对输出量的约束转化为典型的稳定控制；针对所述参数变量设计虚拟控制器，以及对应的设计实际控制器用于产生最终的控制信号。在本发明实施例中，降低UPS系统的控制难度，对于线性负载和非线性负载都具有良好的控制效果，能够保证较高的供电稳定性。

Description

针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制方法及系统
技术领域
本发明涉及UPS系统控制领域，尤其涉及一种针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制方法及系统。
背景技术
UPS电源是能够提供可靠、持续、高质量和不间断电能供应的电力电子装置，它的主要电路组成是整流器和逆变器，蓄电池是UPS电源的储能设备；UPS电源作为供配电系统强有力的保障，自身必须具备高可靠性和快速修复能力；UPS电源的模块化可以极大提高供电的稳定性，通过检测负载功率的大小来控制投入运行的电源装置数量，具有良好的节能效果。随着互联网技术的快速发展，网络宽带速度的大幅提升，越来越多大型数据中心的建立，使得机房的装机容量在不断扩大，其中关键设备的稳定运行都需要不间断且可靠的电能供应，因此对UPS电源的需求量越来越大。
为了保证UPS系统在各种负载下的稳定性和输出电压跟踪性能，在现有的控制方法中，PI控制被广泛应用；但是，当存在时变输出约束、未知系统参数或非线性负载等情况时，PI控制无法保证系统动态响应；模型预测控制(MPC)是一种对具有输出约束的系统的控制方法，但它通常需要精确的系统模型。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制方法及系统，降低UPS系统的控制难度，对于线性负载和非线性负载都具有良好的控制效果，能够保证较高的供电稳定性。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制方法，所述方法包括：
建立UPS系统的约束性空间状态模型，以及明确所述UPS系统的控制目标时，对输出量的约束和所有闭环信号的有界性；
基于误差变换法将所述约束性空间状态模型转换为等效的约束性空间模型；
利用参数变量表示所述等效的约束性空间模型的实际输出轨迹与期望输出轨迹的误差，将最初对输出量的约束转化为典型的稳定控制；
针对所述参数变量设计虚拟控制器，以及对应的设计实际控制器用于产生最终的控制信号。
可选的，所述参数变量包括已知参数变量和未知参数变量。
可选的，所述虚拟控制器包括自适应虚拟控制器和非自适应虚拟控制器；
所述实际控制器包括自适应实际控制器和非自适应实际控制器；
其中，所述非自适应虚拟控制器与所述非自适应实际控制器相连接；所述自适应虚拟控制器与所述自适应实际控制器相连接，产生最终的控制信号。
可选的，所述UPS系统的约束性空间状态模型，包括：
Figure BDA0002292568630000024
其中，状态变量为：
X(t)＝[V0 iL]T (2)
式中：
Figure BDA0002292568630000021
其中，Vo为整个UPS系统的输出电压，iL为流过电感器的电流，io为流过负载的未知电流，Vi为LC滤波器的输入电压；L表示滤波电感，C表示滤波电容；r表示滤波电感器的半径。
可选的，所述参数变量为：
Figure BDA0002292568630000022
其中，e1是跟踪误差，
Figure BDA0002292568630000023
分别是跟踪误差的上下限。
可选的，所述虚拟控制器的Lyapunov函数为：
Figure BDA0002292568630000031
所述非自适应虚拟控制器为：
Figure BDA0002292568630000032
所述自适应虚拟控制器为：
Figure BDA0002292568630000033
所述实际控制器的Lyapunov函数为：
Figure BDA0002292568630000034
所述非自适应实际控制器为：
Figure BDA0002292568630000035
所述自适应实际控制器为：
Figure BDA0002292568630000036
其中，通过所述虚拟控制器的Lyapunov函数和所述实际控制器的Lyapunov函数进行分析，获得有边界的
Figure BDA0002292568630000037
ρ是正控制器参数，e2为状态误差，即e2＝x2-x2d；x2d为x2跟踪的理想的输出轨迹，k1是正控制器参数；k2是正控制器参数。
另外，本发明实施例还提供了一种针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制系统，所述系统包括逆变器、LC滤波器、负载、Lyapunov函数、虚拟控制器和实际控制器；
其中，所述系统被配置用于执行上述的所述的自适应性能控制方法。
在本发明实施例中，降低UPS系统的控制难度，对于线性负载和非线性负载都具有良好的控制效果，能够保证较高的供电稳定性；能够改进传统UPS系统控制方法中动态响应慢、自适应性能差、输出误差大等缺点；本发明实用性强，易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制方法流程示意图；
图2是本发明实施例中的针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制系统的结构组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1，图1是本发明实施例中的针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制方法流程示意图。
如图1所示，一种针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制方法，所述方法包括：
S11：建立UPS系统的约束性空间状态模型，以及明确所述UPS系统的控制目标时，对输出量的约束和所有闭环信号的有界性；
在本发明具体实施过程中，所述UPS系统的约束性空间状态模型，包括：
Figure BDA0002292568630000041
其中，状态变量为：
X(t)＝[V0 iL]T (2)
式中：
Figure BDA0002292568630000051
Vo为整个UPS系统的输出电压，iL为流过电感器的电流，io为流过负载的未知电流，Vi为LC滤波器的输入电压；L表示滤波电感，C表示滤波电容；r表示滤波电感的器的半径。
具体的，是通过构建UPS系统的约束性空间状态模型来明确UPS的控制目标时实现对输出量的约束以及确保所有闭环信号的有界性。
S12：基于误差变换法将所述约束性空间状态模型转换为等效的约束性空间模型；
在本发明具体实施过程中，是利用误差变换方法将约束性空间状态模型转换为等效的约束性空间模型。
S13：利用参数变量表示所述等效的约束性空间模型的实际输出轨迹与期望输出轨迹的误差，将最初对输出量的约束转化为典型的稳定控制；
在本发明具体实施过程中，所述参数变量为：
Figure BDA0002292568630000052
其中，e1是跟踪误差，
Figure BDA0002292568630000053
分别是跟踪误差的上下限。
具体的，定义跟踪误差为：
e1(t)＝y(t)-yd(t) (3)
其中，yd为y跟踪的理想的输出轨迹。
e1(t)的范围为：
Figure BDA0002292568630000054
其中，
Figure BDA0002292568630000055
使用映射函数将约束跟踪误差e1(t)和变换为新变量s(t)：
Figure BDA0002292568630000056
结合前面的空间状态方程可得：
Figure BDA0002292568630000061
其中，
Figure BDA0002292568630000067
为(5)中参数分别求导所得，其中
Figure BDA0002292568630000062
Figure BDA0002292568630000068
x1为系统输出也就是UPS输出电压，即y＝x1。
因此，已将对输出量的约束问题转化为典型的稳定性控制问题。
S14：针对所述参数变量设计虚拟控制器，以及对应的设计实际控制器用于产生最终的控制信号。
在本发明具体实施过程中，所述参数变量包括已知参数变量和未知参数变量。
进一步的，所述虚拟控制器包括自适应虚拟控制器和非自适应虚拟控制器；
所述实际控制器包括自适应实际控制器和非自适应实际控制器；
其中，所述非自适应虚拟控制器与所述非自适应实际控制器相连接；所述自适应虚拟控制器与所述自适应实际控制器相连接，产生最终的控制信号。
进一步的，所述虚拟控制器的Lyapunov函数为：
Figure BDA0002292568630000064
所述非自适应虚拟控制器为：
Figure BDA0002292568630000065
其中，x2d为x2跟踪的理想的输出轨迹，k1是正控制器参数。
所述自适应虚拟控制器为：
Figure BDA0002292568630000066
所述实际控制器的Lyapunov函数为：
Figure BDA0002292568630000071
其中，ρ是正控制器参数，e2为状态误差，即e2＝x2-x2d。
所述非自适应实际控制器为：
Figure BDA0002292568630000072
其中，k2是正控制器参数。
所述自适应实际控制器为：
Figure BDA0002292568630000073
其中，通过所述虚拟控制器的Lyapunov函数和所述实际控制器的Lyapunov函数进行分析，获得有边界的
Figure BDA0002292568630000074
实施例
请参阅图2，图2是本发明实施例中的针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制系统的结构组成示意图。
一种针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制系统，所述系统包括逆变器、LC滤波器、负载、Lyapunov函数、虚拟控制器和实际控制器；其中，所述系统被配置用于执行上述的所述的自适应性能控制方法。
其中，该针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制系统的具体实施方式请参考上述的实施例，在此不再赘述。
在本发明实施例中，降低UPS系统的控制难度，对于线性负载和非线性负载都具有良好的控制效果，能够保证较高的供电稳定性；能够改进传统UPS系统控制方法中动态响应慢、自适应性能差、输出误差大等缺点；本发明实用性强，易于实现。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
另外，以上对本发明实施例所提供的一种针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制方法及系统进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制方法，其特征在于，所述方法包括：
建立UPS系统的约束性空间状态模型，以及明确所述UPS系统的控制目标时，实现对输出量的约束以及确保所有闭环信号的有界性；
基于误差变换法将所述约束性空间状态模型转换为等效的约束性空间模型；
利用参数变量表示所述等效的约束性空间模型的实际输出轨迹与期望输出轨迹的误差，将最初对输出量的约束转化为典型的稳定控制；
针对所述参数变量设计虚拟控制器，以及对应的设计实际控制器用于产生最终的控制信号；
所述虚拟控制器包括自适应虚拟控制器和非自适应虚拟控制器；
所述实际控制器包括自适应实际控制器和非自适应实际控制器；
其中，所述非自适应虚拟控制器与所述非自适应实际控制器相连接；所述自适应虚拟控制器与所述自适应实际控制器相连接，产生最终的控制信号。
2.根据权利要求1所述的自适应性能控制方法，其特征在于，所述参数变量包括已知参数变量和未知参数变量。
3.根据权利要求1所述的自适应性能控制方法，其特征在于，所述UPS系统的约束性空间状态模型，包括：
X·(t)＝AX(t)+bu(t)+d(t) (1)
其中，状态变量为：
X(t)＝[V0 iL]T (2)
式中：
Figure FDA0003462652770000021
u(t)＝Vi
Figure FDA0003462652770000022
其中，Vo为整个UPS系统的输出电压，iL为流过电感器的电流，io为流过负载的未知电流，Vi为LC滤波器的输入电压；L表示滤波电感，C表示滤波电容；r表示滤波电感器的半径。
4.根据权利要求1所述的自适应性能控制方法，其特征在于，所述参数变量为：
Figure FDA0003462652770000023
其中，e1是跟踪误差，
Figure FDA0003462652770000024
分别是跟踪误差的上下限。
5.一种针对UPS系统集成微电网的自适应性能控制系统，其特征在于，所述系统包括逆变器、LC滤波器、负载、Lyapunov函数、虚拟控制器和实际控制器；
其中，所述系统被配置用于执行权利要求1-4任意一项所述的自适应性能控制方法。
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