CN111628525A - 基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，包括：将微电网的并网运行模式和孤岛运行模式看成两个子系统，分别建立dq坐标下的并网运行模式模型和孤岛运行模式模型；通过对并网运行模式模型和孤岛运行模式模型增广，建立微电网的切换系统模型，即得到并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统；采用Backstepping法分别设计并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统的非线性控制器，为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统构造共同的Lyapunov函数；为微电网的切换系统模型设计切换律。该控制方法可有效保证两种运行模式切换的稳定性，防止切换的过程中出现振荡。

Description

基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法

技术领域

本申请涉及微电网技术领域，尤其涉及一种基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法。

背景技术

微电网包括并网运行模式和孤岛运行模式。在正常条件下，微电网与大电网并网运行，微电网的电压与频率和大电网一致，二者一同为负载供电，当大电网存在故障问题时，微电网需要由并网运行模式转换为孤岛运行模式以维持负载供电，当故障问题解决后再与大电网连接。传统的微电网，当并网运行模式时选择P/Q控制，当孤岛运行模式时选择V/F控制，使得在P/Q控制和V/F控制之间切换，在切换的过程中会出现振荡，导致切换不稳定，会影响供电的可靠性。

发明内容

本申请的目的是针对以上问题，提供一种基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法。

本申请提供一种基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，微电网的双模式包括并网运行模式和孤岛运行模式，包括以下步骤：

将微电网的并网运行模式和孤岛运行模式看成两个子系统，分别建立dq坐标下的并网运行模式模型和孤岛运行模式模型；

通过对并网运行模式模型和孤岛运行模式模型增广，建立微电网的切换系统模型，即得到两个切换子系统，两个切换子系统分别为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统；

采用Backstepping法分别设计并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统的非线性控制器，为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统构造共同的Lyapunov函数；

为微电网的切换系统模型设计切换律。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，建立dq坐标下的并网运行模式模型具体包括如下步骤：

通过基尔霍夫电压定律得到并网运行模式下的数学模型

公式(一)中，u_dc是微电网直流侧的电压，e_a、e_b、e_c代表的是大电网侧的各相电压，i_a、i_b、i_c是微电网中逆变器各相的输出电流，R是并网运行模式下滤波器的等效电阻值，L是并网运行模式下滤波器的等效电感值，K_a、K_b、K_c为逆变器中桥臂的开关信号；

利用开关周期平均法，通过Park变换得到

公式(二)中，i_d、i_q是dq坐标下的微电网输出电流,e_d、e_q是dq坐标下的电网电压,K_d、 K_q是dq坐标下的开关信号,ω是角频率；

对公式(二)进行变换，得到dq坐标下的并网运行模式模型

公式(三)中，u_d＝u_dcK_d，u_q＝u_dcK_q；

建立dq坐标下的孤岛运行模式模型具体包括如下步骤：

通过基尔霍夫电压定律得到孤岛运行模式下的数学模型：

公式(四)中，u_dc是微电网直流侧的电压，v_ca、v_cb、v_cc是微电网的各相电容电压，i_a、i_b、i_c是微电网中逆变器各相的输出电流，i_oa、i_ob、i_oc是负载侧电流值，R是孤岛运行模式下滤波器的等效电阻值，L是孤岛运行模式下滤波器的等效电感值，C是孤岛运行模式下滤波器的等效电容值，K_a、K_b、K_c为逆变器中桥臂的开关信号；

利用开关周期平均法，通过Park变换得到：

公式(五)中，i_d、i_q是dq坐标下的微电网输出电流,i_od、i_oq是dq坐标下的负载电流，v_cd、v_cq是dq坐标下的电容电压,K_d、K_q是dq坐标下的开关信号,ω是角频率；

对公式(五)进行变换，得到dq坐标下的孤岛运行模式模型：

公式(六)中，u_d＝u_dcK_d，u_q＝u_dcK_q。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，微电网的切换系统模型的建立步骤具体包括：

对公式(三)和公式(六)分别进行转化，选择状态变量x₁＝i_d-i_d0，x₂＝v_cd-v_cd0， x₃＝v_cq-v_cq0，x₄＝i_q-i_q0，得到微电网切换系统模型：

其中(i_d0,i_q0)，(v_cd0,v_cq0)表示系统稳态运行的工作点，公式(七)为并网运行模式切换子系统，公式(八)为孤岛运行模式切换子系统。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，通过如下步骤设计并网运行模式切换子系统的非线性控制器：

定义z₁＝x₁，取第一阶Lyapunov函数

V₁对时间求导得到

对公式(九)进行变换得到控制律u_d的表达式

u_d＝e_d+R(x₁+i_d0)-Lω(x₄+i_q0)-Lc₁z₁ 公式(十)

公式(十)中，c₁为一个设计常数；

定义z₂＝x₂，取第二阶Lyapunov函数

V₂对时间求导得到

定义z₃＝x₃-x_3d，其中x_3d＝0，取第三阶Lyapunov函数

V₃对时间求导得到

定义z₄＝x₄-x_4d，其中x_4d＝0，取整体Lyapunov函数

V对时间求导得到

对公式(十三)变换得到控制律u_q的表达式

u_q＝e_q+R(x₄+i_q0)+Lω(x₁+i_d0)-Lc₄z₄ 公式(十四) 公式(十四)中，c₄为一个设计常数；则

当c₁＞0,c₄＞0，

对于并网运行模式切换子系统，在公式(十)和公式(十四)所表示的控制律下，闭环误差系统如下：

通过如下步骤设计孤岛运行模式切换子系统的非线性控制器：

定义z₁＝x₁，取第一阶Lyapunov函数

V₁对时间求导得到

对公式(十六)进行变换得到控制律u_d的表达式

公式(十七)中，c₁为一个设计常数；

定义z₂＝x₂，z₃＝x₃-x_3d，取第二阶Lyapunov函数

V₂对时间求导得到

公式(十八)中，c₂为一个设计常数；

定义z₄＝x₄-x_4d，取第三阶Lyapunov函数

V₃对时间求导得到

公式(十九)中，c₃为一个设计常数；

取整体Lyapunov函数

V对时间求导得到

对公式(二十)变换得到控制律u_q的表达式

公式(二十一)中，c₄为一个设计常数；则

当 c₁＞0,c₂＞0,c₃＞0,c₄＞0，

对于孤岛运行模式切换子系统，在公式(十七)和公式(二十一)所表示的控制律下，闭环误差系统如下：

根据本申请某些实施例提供的技术方案，将大电网电压和大电网频率是否在正常运行范围作为切换信号为微电网的切换系统模型设计切换律，所述切换律为：

公式(二十三)中，σ(t)＝1表示大电网电压和大电网频率都在正常范围，σ(t)＝2表示大电网电压或大电网频率不在正常范围，

本申请的有益效果：通过将并网运行模式和孤岛运行模式看成两个子系统，对并网运行模式模型和孤岛运行模式模型增广，建立微电网切换系统模型，并采用Backstepping 法分别并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统的非线性控制器，同时为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统构造共同的Lyapunov函数，有效地保证微电网两种运行模式切换的稳定性，防止在切换的过程中会出现振荡，从而确保供电的可靠性。

附图说明

图1为本申请实施例所采用的微电网结构图；

图2为本申请实施例所采用的微电网逆变器电路与控制结构；

图3为本申请实施例所采用的微电网并网运行模式结构拓扑图；

图4为本申请实施例所采用的微电网孤岛运行模式结构拓扑图；

图5为本申请实施例提供的基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法的流程图；

图6为并网运行时电压波形图；

图7为并网运行时逆变器输出电流波形图；

图8为任一相并网运行电压与其对应的电流波形图；

图9为并网运行的频率波形图；

图10为并网运行入网电流谐波分析图；

图11为孤岛运行时电压波形图；

图12为孤岛运行时逆变器输出电流波形图；

图13为任一相孤岛运行电压与其对应的电流波形图；

图14为孤岛运行的频率波形图；

图15为孤岛运行电流谐波分析图；

图16(a)为并网运行模式切换子系统的状态变量响应曲线；

图16(b)为孤岛运行模式切换子系统的状态变量响应曲线；

图17(a)为并网运行模式子系统在0.1s时刻切换到孤岛运行模式子系统；

图17(b)为孤岛运行模式子系统在0.1s时刻切换到并网运行模式子系统；

图18(a)为并网运行切换孤岛运行u_G的实际控制输入曲线图；

图18(b)为并网运行切换孤岛运行u_I的实际控制输入曲线图；

图19(a)为孤岛运行切换并网运行u_I的实际控制输入曲线图；

图19(b)为孤岛运行切换并网运行u_G的实际控制输入曲线图；

图20(a)为传统P/Q控制和V/F控制切换的电压仿真图；

图20(b)为传统P/Q控制和V/F控制切换的电流仿真图；

图21为并网运行模式切换到孤岛运行模式的电压波形图；

图22为并网运行模式切换到孤岛运行模式的逆变器输出电流波形图；

图23为并网运行模式切换到孤岛运行模式的任一相电压与其对应的逆变器输出电流波形图；

图24为并网运行模式切换到孤岛运行模式的任一相电压与其对应的入网电流波形图；

图25为并网运行模式切换到孤岛运行模式的频率波形图；

图26为并网运行模式切换到孤岛运行模式的功率波形图；

图27为孤岛运行模式切换到并网运行模式的电压波形图；

图28为孤岛运行模式切换到并网运行模式的逆变器输出电流波形图；

图29为孤岛运行模式切换到并网运行模式的任一相电压与其对应的逆变器输出电流波形图；

图30为孤岛运行模式切换到并网运行模式的任一相电压与其对应的入网电流波形图；

图31为孤岛运行模式切换到并网运行模式的频率波形图；

图32为孤岛运行模式切换到并网运行模式的功率波形图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。

本实施例采用常规的微电网结构，如图1所示，为简化分析让微电网直流侧用直流电压源等效代替，逆变器考虑常规三相逆变器的拓扑结构，微电网逆变器电路与控制结构如图2所示。针对滤波器的特点，并网拓扑结构下使用L型滤波器，孤岛拓扑结构下使用LC型滤波器，微电网并网运行模式结构拓扑图如图3所示，孤岛运行模式结构拓扑图如图4所示。

本实施例提供一种基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，微电网的双模式包括并网运行模式和孤岛运行模式，其方法流程图如图5所示，包括以下步骤：

S1、将微电网的并网运行模式和孤岛运行模式看成两个子系统，分别建立dq坐标下的并网运行模式模型和孤岛运行模式模型。

首先，建立dq坐标下的并网运行模式模型，具体包括如下步骤：

通过基尔霍夫电压定律得到并网运行模式下的数学模型：

公式(一)中，u_dc是微电网直流侧的电压，e_a、e_b、e_c代表的是大电网侧的各相电压，i_a、i_b、i_c是并网运行模式下微电网中逆变器各相的输出电流，R是并网运行模式下 L型滤波器的等效电阻值，L是并网运行模式下L型滤波器的等效电感值，K_a、K_b、K_c为逆变器中桥臂的开关信号；

为了方便设计控制器，利用开关周期平均法，通过Park变换得到

公式(二)中，i_d、i_q是dq坐标下的微电网输出电流,e_d、e_q是dq坐标下的电网电压,K_d、 K_q是dq坐标下的开关信号,ω是角频率；

对公式(二)进行变换，得到dq坐标下的并网运行模式模型

公式(三)中，u_d＝u_dcK_d，u_q＝u_dcK_q；

其次，建立dq坐标下的并网运行模式模型，具体包括如下步骤：

通过基尔霍夫电压定律得到孤岛运行模式下的数学模型：

公式(四)中，u_dc是微电网直流侧的电压，v_ca、v_cb、v_cc是微电网的各相电容电压，i_a、i_b、i_c是微电网中逆变器各相的输出电流，i_oa、i_ob、i_oc是负载侧电流值，R是孤岛运行模式下LC型滤波器的等效电阻值，L是孤岛运行模式下LC型滤波器的等效电感值， C是孤岛运行模式下LC型滤波器的等效电容值，K_a、K_b、K_c为逆变器中桥臂的开关信号；

利用开关周期平均法，通过Park变换得到：

公式(五)中，i_d、i_q是dq坐标下的微电网输出电流,i_od、i_oq是dq坐标下的负载电流，v_cd、v_cq是dq坐标下的电容电压,K_d、K_q是dq坐标下的开关信号,ω是角频率；

对公式(五)进行变换，得到dq坐标下的孤岛运行模式模型：

公式(六)中，u_d＝u_dcK_d，u_q＝u_dcK_q。

S2、通过对并网运行模式模型和孤岛运行模式模型增广，建立微电网的切换系统模型，即得到两个切换子系统，两个切换子系统分别为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统。

Backstepping法是一种构造Lyapunov函数和反馈控制器的递推设计方法。如果系统中的各个子系统有共同的Backstepping设计所需要的坐标变换，那么共同Lyapunov函数和控制器的构造相对容易。因此，通过对并网运行模式模型和孤岛运行模式模型增广，建立微电网切换系统模型，微电网的切换系统模型的建立步骤具体包括：

对公式(三)和公式(六)分别进行转化，得到如下两个公式：

在并网运行时，大电网对微电网的电压和频率有支撑作用，因此控制电流，达到传输最大有功功率。在孤岛运行时，没有大电网的电压和频率支撑作用，因此控制电压，达到负荷电压及频率稳定。对上述两个公式，选择状态变量x₁＝i_d-i_d0，x₂＝v_cd-v_cd0， x₃＝v_cq-v_cq0，x₄＝i_q-i_q0，得到微电网切换系统模型：

其中(i_d0,i_q0)，(v_cd0,v_cq0)表示系统稳态运行的工作点，公式(七)为并网运行模式切换子系统，公式(八)为孤岛运行模式切换子系统。

S3、采用Backstepping法分别设计并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统的非线性控制器，为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统构造共同的Lyapunov函数。

通过如下步骤设计并网运行模式切换子系统的非线性控制器：

第一步，定义z₁＝x₁，取第一阶Lyapunov函数

V₁对时间求导得：

根据公式(九)推出控制律u_d的表达式

u_d＝e_d+R(x₁+i_d0)-Lω(x₄+i_q0)-Lc₁z₁ 公式(十)

公式(十)中，c₁为一个设计常数；

第二步，定义z₂＝x₂，取第二阶Lyapunov函数

V₂对时间求导得到：

第三步，定义z₃＝x₃-x_3d，其中x_3d＝0，取第三阶Lyapunov函数

V₃对时间求导得到：

第四步，定义z₄＝x₄-x_4d，其中x_4d＝0，取整体Lyapunov函数

V对时间求导得到：

根据公式(十三)推出控制律u_q的表达式

u_q＝e_q+R(x₄+i_q0)+Lω(x₁+i_d0)-Lc₄z₄ 公式(十四)

公式(十四)中，c₄为一个设计常数；则

当c₁＞0,c₄＞0，

对于并网运行模式切换子系统，在公式(十)和公式(十四)所表示的控制律下，闭环误差系统如下：

通过如下步骤设计孤岛运行模式切换子系统的非线性控制器：

第一步，定义z₁＝x₁，取第一阶Lyapunov函数

V₁对时间求导得：

根据公式(十六)推出控制律u_d的表达式：

公式(十七)中，c₁为一个设计常数；

第二步，定义z₂＝x₂，z₃＝x₃-x_3d，取第二阶Lyapunov函数

V₂对时间求导得到：

结合如下等式：

x₃＝z₃+x_3d

可得到：

公式(十八)中，c₂为一个设计常数；

第三步，定义z₄＝x₄-x_4d，取第三阶Lyapunov函数

V₃对时间求导得到：

结合如下等式：

x₄＝z₄+x_4d

可得到：

公式(十九)中，c₃为一个设计常数；

第四步，取整体Lyapunov函数

V对时间求导得到：

根据公式(二十)推出控制律u_q的表达式：

公式(二十一)中，c₄为一个设计常数；则

当 c₁＞0,c₂＞0,c₃＞0,c₄＞0，

对于孤岛运行模式切换子系统，在公式(十七)和公式(二十一)所表示的控制律下，闭环误差系统如下：

稳定性是控制系统的最基本性质，在微电网运行模式切换问题上，不仅仅需要并网运行时或孤岛运行时单独稳定，而且还需微电网系统在两种模式之间切换时整个系统稳定。可以看出，并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统拥有共同的 Lyapunov函数，即：

同时，两个切换子系统共同的Lyapunov函数对时间的导数：

因此系统的平衡点是稳定的，又因为两个切换子系统有共同的Lyapunov函数，所以该切换系统在任意切换信号作用下都是稳定的。

S4、为微电网的切换系统模型设计切换律。

当大电网正常运行时，微电网与大电网相连接，微电网并网运行。当大电网出现电压降落或频率波动时，微电网与大电网断开，微电网孤岛运行。根据《GB/T15945-2008 电能质量电力系统频率偏差》和《GB/T12325-2008电能质量供电电压偏差》，三相220V 电网电压偏差为标称电压的±7％，电网频率偏差范围在±0.5Hz之间。由于两个切换子系统有共同的Lyapunov函数，所以可以设计任意的切换信号。这里不考虑如何获取检测信号以及具体信号值，因此将大电网电压和大电网频率是否在正常运行范围时作为切换信号。

当电网电压在正常范围且电网频率在正常范围时，σ(t)＝1，对系统输入控制律u_σ(t)＝u_G。当电网电压不在正常范围或电网频率不在正常范围时，σ(t)＝2，对系统输入控制律u_σ(t)＝u_I。其中σ(t)＝[0,∞)→{1,2}表示切换信号，是分段常值的，σ(t)＝1表示运行并网运行模式切换子系统，σ(t)＝2表示运行孤岛运行模式切换子系统。

将大电网电压和大电网频率是否在正常运行范围作为切换信号为微电网的切换系统模型设计的切换律为：

公式(二十三)中，σ(t)＝1表示大电网电压和大电网频率都在正常范围，σ(t)＝2表示大电网电压或大电网频率不在正常范围，

仿真验证

本实施例采用MATLAB/Simulink仿真软件，搭建如图1和图2所示的微电网模型，其中控制器使用S函数模块。参数设置如下：

u_dc＝700V,C＝20μF,R＝0.1Ω,L＝0.013H,ω＝314.16,v_cd0＝311V,V_cq0＝0V,i_d0＝20A,i_q0＝0A, i_od＝10A,i_oq＝0Ae_d＝311V,e_q＝0V,c₁＝20000,c₂＝20000,c₃＝20000,c₄＝20000,负载为 1.55KW，逆变器开关频率为10Khz。

(1)并网运行仿真和孤岛运行仿真

其中大电网的电压幅值是311V，频率是50Hz。

通过图6～图9可以看出，并网运行时电压电流都达到平滑且稳定的效果，并且频率也在标准范围之内，在该控制策略下达到传输最大有功功率。

图10为并网运行入网电流谐波分析图，其横坐标为：频率；纵坐标为：基础百分比。并网运行模式的入网电流谐波含量为2.50％，其值在标准范围内。

通过图11～图14可以看出，孤岛运行时电压电流都达到平滑且稳定的效果，并且频率也在标准范围之内，在该控制策略下为系统提供了稳定的电压和频率支撑，保证了系统稳定运行的要求。

图15是孤岛运行电流谐波分析图，其横坐标为：频率；纵坐标为：基础百分比。孤岛运行模式的电流谐波含量为2.44％，也满足标准范围要求。

(2)并网运行模式与孤岛运行模式之间相互切换仿真

通过图16(a)和图16(b)可以看出，应用Backstepping法设计下，系统的状态变量响应迅速，在短时间内就稳定在平衡点。

图17(a)是并网运行模式子系统在0.1s时刻切换到孤岛运行模式子系统；

图17(b)是孤岛运行模式子系统在0.1s时刻切换到并网运行模式子系统。

通过图18(a)和图18(b)可以看出，在切换信号σ(t)作用下控制输入曲线，开始运行在并网运行模式子系统，u_G起作用。在0.1s时刻，切换到孤岛运行模式子系统，由u_I继续作用使系统镇定。

通过图19(a)和图19(b)可以看出，在切换信号σ(t)作用下控制输入曲线，开始运行在孤岛运行模式子系统，u_I起作用。在0.1s时刻，切换到并网运行模式子系统，由u_G继续作用使系统镇定。

在PQ-VF切换方法中，由于内环相同，但外环不同，由于在切换时刻所给的内环状态不一定一致，因此会在切换过程中会导致电压电流振荡。图20(a)在切换时刻电压明显振荡，图20(b)电流出现瞬时突变，影响电网的安全运行。

通过图21和图22可以看出，0～0.1s系统保持并网运行模式，0.1～0.2s时转为孤岛运行模式，在0.1s时刻切换，电压波形几乎无突变，电流波形变化平滑；通过图23 和图24可以看出，在切换过程中电压电流一直保持同频同相；通过图25可以看出，频率在切换时刻有所下降但很快恢复到稳定状态，频率值在标准范围之内；通过图26可以看出，功率平滑且迅速。

通过图27和图28可以看出，0～0.1s系统保持孤岛运行模式，0.1～0.2s时转为并网运行模式，在0.1s时刻切换，电压波形无突变，电流波形变化平滑；通过图29和图 30可以看出，在切换过程中电压电流一直保持同频同相；通过图31可以看出，频率在切换时刻有所上升但很快恢复到稳定状态，频率值在标准范围之内；通过图32可以看出，功率平滑且迅速。

本申请实施例提供的基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，通过引入非线性切换系统理论，将微电网并网运行模式和孤岛运行模式看成两个子系统，建立了微电网切换系统模型，利用Backstepping法分别设计了微电网并网运行模式和孤岛运行模式的非线性控制器，在并网运行时，达到传输最大有功功率；在孤岛运行时，保证负载侧的电压和频率的稳定；设计控制器的同时构造出微电网切换系统的共同Lyapunov函数,使得系统在任意切换信号下的稳定；通过设计合理的切换律，保证微电网运行模式切换稳定性。与传统P/Q控制与V/F控制切换做对比，本实施例提供的控制方法明显减小了两种运行模式切换过程中出现的振荡，从而确保了供电的可靠性。

Claims (5)

1.一种基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，微电网的双模式包括并网运行模式和孤岛运行模式，其特征在于，包括以下步骤：

将微电网的并网运行模式和孤岛运行模式看成两个子系统，分别建立dq坐标下的并网运行模式模型和孤岛运行模式模型；

通过对并网运行模式模型和孤岛运行模式模型增广，建立微电网的切换系统模型，即得到两个切换子系统，两个切换子系统分别为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统；

采用Backstepping法分别设计并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统的非线性控制器，为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统构造共同的Lyapunov函数；

为微电网的切换系统模型设计切换律。

2.根据权利要求1所述的基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，其特征在于，建立dq坐标下的并网运行模式模型具体包括如下步骤：

通过基尔霍夫电压定律得到并网运行模式下的数学模型

公式(一)中，u_dc是微电网直流侧的电压，e_a、e_b、e_c代表的是大电网侧的各相电压，i_a、i_b、i_c是微电网中逆变器各相的输出电流，R是并网运行模式下滤波器的等效电阻值，L是并网运行模式下滤波器的等效电感值，K_a、K_b、K_c为逆变器中桥臂的开关信号；

利用开关周期平均法，通过Park变换得到

公式(二)中，i_d、i_q是dq坐标下的微电网输出电流,e_d、e_q是dq坐标下的电网电压，K_d、K_q是dq坐标下的开关信号，ω是角频率；

对公式(二)进行变换，得到dq坐标下的并网运行模式模型

公式(三)中，u_d＝u_dcK_d，u_q＝u_dcK_q；

建立dq坐标下的孤岛运行模式模型具体包括如下步骤：

通过基尔霍夫电压定律得到孤岛运行模式下的数学模型：

公式(四)中，u_dc是微电网直流侧的电压，v_ca、v_cb、v_cc是微电网的各相电容电压，i_a、i_b、i_c是微电网中逆变器各相的输出电流，i_oa、i_ob、i_oc是负载侧电流值，R是孤岛运行模式下滤波器的等效电阻值，L是孤岛运行模式下滤波器的等效电感值，C是孤岛运行模式下滤波器的等效电容值，K_a、K_b、K_c为逆变器中桥臂的开关信号；

利用开关周期平均法，通过Park变换得到：

公式(五)中，i_d、i_q是dq坐标下的微电网输出电流,i_od、i_oq是dq坐标下的负载电流，v_cd、v_cq是dq坐标下的电容电压,K_d、K_q是dq坐标下的开关信号,ω是角频率；

对公式(五)进行变换，得到dq坐标下的孤岛运行模式模型：

公式(六)中，u_d＝u_dcK_d，u_q＝u_dcK_q。

3.根据权利要求2所述的基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，其特征在于，微电网的切换系统模型的建立步骤具体包括：

对公式(三)和公式(六)分别进行转化，选择状态变量x₁＝i_d-i_d0，x₂＝v_cd-v_cd0，x₃＝v_cq-v_cq0，x₄＝i_q-i_q0，得到微电网切换系统模型：

其中(i_d0,i_q0)，(v_cd0,v_cq0)表示系统稳态运行的工作点，公式(七)为并网运行模式切换子系统，公式(八)为孤岛运行模式切换子系统。

4.根据权利要求3所述的基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，其特征在于，通过如下步骤设计并网运行模式切换子系统的非线性控制器：

定义z₁＝x₁，取第一阶Lyapunov函数

V₁对时间求导得到

对公式(九)进行变换得到控制律u_d的表达式

u_d＝e_d+R(x₁+i_d0)-Lω(x₄+i_q0)-Lc₁z₁ 公式(十)

公式(十)中，c₁为一个设计常数；

定义z₂＝x₂，取第二阶Lyapunov函数

V₂对时间求导得到

定义z₃＝x₃-x_3d，其中x_3d＝0，取第三阶Lyapunov函数

V₃对时间求导得到

定义z₄＝x₄-x_4d，其中x_4d＝0，取整体Lyapunov函数

V对时间求导得到

对公式(十三)变换得到控制律u_q的表达式

u_q＝e_q+R(x₄+i_q0)+Lω(x₁+i_d0)-Lc₄z₄ 公式(十四)

公式(十四)中，c₄为一个设计常数；则

当c₁＞0,c₄＞0，

对于并网运行模式切换子系统，在公式(十)和公式(十四)所表示的控制律下，闭环误差系统如下：

通过如下步骤设计孤岛运行模式切换子系统的非线性控制器：

定义z₁＝x₁，取第一阶Lyapunov函数

V₁对时间求导得到

对公式(十六)进行变换得到控制律u_d的表达式

公式(十七)中，c₁为一个设计常数；

定义z₂＝x₂，z₃＝x₃-x_3d，取第二阶Lyapunov函数

V₂对时间求导得到

公式(十八)中，c₂为一个设计常数；

定义z₄＝x₄-x_4d，取第三阶Lyapunov函数

V₃对时间求导得到

公式(十九)中，c₃为一个设计常数；

取整体Lyapunov函数

V对时间求导得到

对公式(二十)变换得到控制律u_q的表达式

公式(二十一)中，c₄为一个设计常数；则

当c₁＞0,c₂＞0,c₃＞0,c₄＞0，

对于孤岛运行模式切换子系统，在公式(十七)和公式(二十一)所表示的控制律下，闭环误差系统如下：

5.根据权利要求4所述的基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，其特征在于，将大电网电压和大电网频率是否在正常运行范围作为切换信号为微电网的切换系统模型设计切换律，所述切换律为：

公式(二十三)中，σ(t)＝1表示大电网电压和大电网频率都在正常范围，σ(t)＝2表示大电网电压或大电网频率不在正常范围，

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