直流微电网非线性控制方法、装置、存储介质及系统与流程

1.本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种直流微电网非线性控制方法、装置、存储介质及系统。


背景技术：

2.直流微电网具有方便多类型电源、负荷的灵活即插即用，有利于各种可调资源的协调控制，增强系统能源转换效率等优点，因此获得了学术界和工业界广泛关注与示范应用。作为多类型电源、负荷与直流微电网的接口，电力电子换流器具有高灵活可控性。然而，当向一类重要负荷如医院、大数据中心供电时，直流微电网一般采用恒功率供电模式，即恒功率控制电力电子换流器向负荷供电。恒功率负载具有负阻抗特性，对直流微电网的稳定性具有负面影响。
3.一般采用小信号建模分析法，建立直流微电网的小信号线性方程组，并基于状态空间矩阵特征值，设计线性控制器，然而该类线性控制器并不能满足大扰动下的直流微电网稳定性能等要求。由上可知，当直流微电网含有恒功率负载时，恒功率负载的负阻抗特性可能会导致直流微电网的动态失稳。


技术实现要素：

4.本申请实施例提供一种直流微电网非线性控制方法、装置、存储介质及系统，可以提高直流微电网系统的稳定性。
5.本申请实施例提供一种直流微电网非线性控制方法，应用于直流微电网系统，所述直流微电网系统包括可调控电压源和多个恒功率负载，所述多个恒功率负载与所述可调控电压源连接，所述可调控电压源包括非线性控制器，所述方法包括：
6.基于恒功率负载动态方程，建立恒功率负载的非线性动态模型；
7.对直流微电网系统中的可调控电压源建立可调控电压源模型，并建立所述可调控电压源的非线性控制器模型；
8.根据所述非线性动态模型和非线性控制器模型获取线性矩阵不等式，基于所述线性矩阵不等式获取二次型李雅普诺夫函数，利用所述二次型李雅普诺夫函数确定所述直流微电网系统的稳定域；
9.根据所述稳定域对所述非线性控制器模型的控制参数进行调节，直至得到所述直流微电网系统的最大稳定域，确定与所述最大稳定域对应的目标控制参数。
10.在一些实施例中，所述直流微电网系统还包括多个滤波器，所述恒功率负载通过对应位置的滤波器与所述可调控电压源连接，所述滤波器包括滤波电感、滤波电容和滤波电阻，所述滤波电阻通过所述滤波电感与所述滤波电容连接，所述基于恒功率负载动态方程，建立恒功率负载的非线性动态模型，包括：
11.建立所述恒功率负载通过对应滤波器连接到直流母线的恒功率负载动态方程，所述恒功率负载动态方程是关于可调控电压源的电压、滤波电容两端的电压、通过滤波电感
的电流、滤波电阻、恒功率负载的功率值、通过恒功率负载的电流以及第一电流控制环时间常数的方程；
12.将所述恒功率负载动态方程转换为基于系统运行点或平衡点的恒功率负载的非线性动态模型，所述非线性动态模型是关于可调控电压源的电压变化量、滤波电容的电压变化量、滤波电感的电流变化量以及通过恒功率负载的电流变化量的方程。
13.在一些实施例中，所述可调控电压源还包括电源变换器，所述电源变换器与所述非线性控制器连接，所述非线性控制器包括电压控制器和电流控制器，所述电压控制器与所述电流控制器连接，所述电源变换器包括第一电感，所述对直流微电网中的可调控电压源建立可调控电压源模型，包括：
14.建立所述电流控制器的闭环电流动态模型，所述闭环电流动态模型是关于流经第一电感的电流和电流参考值的模型；
15.建立所述电压控制器的电压控制外环曲线，所述电压控制外环曲线是关于电流参考值、额定电流值、下垂系数、可调节电压源的输出电压的参考值以及可调节电压源的输出电压的多项式下垂曲线；
16.根据所述闭环电流动态模型和电压控制外环曲线，获取所述可调控电压源连接到直流母线上的可调控电压源模型，所述可调控电压源模型是关于滤波电容的电容值大小、可调节电压源的输出电压、流经第一电感的电流以及流经滤波电感的电流的模型。
17.在一些实施例中，所述建立所述可调控电压源的非线性控制器模型，包括：
18.根据所述闭环电流动态模型和电压控制外环曲线，建立所述可调控电压源的非线性控制器模型，所述非线性控制器模型是关于第二电流控制环时间常数、额定电流值、下垂系数、可调节电压源的输出电压的参考值、可调节电压源的输出电压、流经第一电感的电流的模型。
19.在一些实施例中，所述根据所述非线性动态模型和非线性控制器模型获取线性矩阵不等式，基于所述线性矩阵不等式获取二次型李雅普诺夫函数，利用所述二次型李雅普诺夫函数确定所述直流微电网系统的稳定域，包括：
20.根据非线性动态模型和非线性控制器模型，获取含有可调控电压源和恒功率负载的直流微电网动态方程组，所述直流微电网动态方程组是关于状态变量矢量和状态空间矩阵的方程组，所述状态空间矩阵包含直流母线电压的非线性函数；
21.将所述状态空间矩阵转换为一组线性矩阵；
22.获取所述一组线性矩阵的公共矩阵，基于所述一组线性矩阵及公共矩阵获取所述二次型李雅普诺夫函数，所述二次型李雅普诺夫函数是关于状态变量矢量和公共矩阵的函数；
23.基于所述二次型李雅普诺夫函数确定所述直流微电网动态方程组的稳定域。
24.在一些实施例中，所述公共矩阵通过可行性求解器函数得到。
25.本申请实施例还提供一种直流微电网非线性控制装置，应用于直流微电网系统，所述直流微电网系统包括可调控电压源和多个恒功率负载，所述多个恒功率负载与所述可调控电压源连接，所述可调控电压源包括非线性控制器，所述装置包括：
26.第一建立模块，用于基于恒功率负载动态方程，建立恒功率负载的非线性动态模型；
27.第二建立模块，用于对直流微电网系统中的可调控电压源建立可调控电压源模型，并建立所述可调控电压源的非线性控制器模型；
28.第一确定模块，用于根据所述非线性动态模型和非线性控制器模型获取线性矩阵不等式，基于所述线性矩阵不等式获取二次型李雅普诺夫函数，利用所述二次型李雅普诺夫函数确定所述直流微电网系统的稳定域；
29.第二确定模块，用于根据所述稳定域对所述非线性控制器模型的控制参数进行调节，直至得到所述直流微电网系统的最大稳定域，确定与所述最大稳定域对应的目标控制参数。
30.本申请实施例还提供一种计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序在计算机上执行时，使得所述计算机执行本申请实施例提供的直流微电网非线性控制方法。
31.本申请实施例还提供一种直流微电网系统，包括可调控电压源、多个恒功率负载和多个滤波器，每个所述恒功率负载通过对应位置的滤波器连接到直流母线，所述可调控电压源包括非线性控制器和电源变换器，所述非线性控制器通过所述电源变换器连接到所述直流母线。
32.在一些实施例中，所述非线性控制器包括电压控制器、电流控制器和脉冲宽度调制器，所述电压控制器通过所述电流控制器与所述脉冲宽度调制器连接，所述电压控制器还与所述电源变换器连接。
33.本申请实施例提供的直流微电网非线性控制方法，可以建立恒功率负载的非线性动态模型及可调控电压源的非线性控制器模型，并且可以根据非线性动态模型和非线性控制器模型获取线性矩阵不等式，基于该线性矩阵不等式获取二次型李雅普诺夫函数，利用二次型李雅普诺夫函数确定直流微电网系统的稳定域。并且，可以根据稳定域调整非线性控制器模型的控制参数，直至得到最大稳定域，然后确定与该最大稳定域对应的非线性控制器模型的目标控制参数，即通过稳定域的评估，可以对非线性控制器的控制参数进行整定，从而可以提高直流微电网系统的稳定性。
附图说明
34.为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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他的附图。
35.图1为本申请实施例提供的直流微电网非线性控制方法的流程示意图。
36.图2为本申请实施例提供的直流微电网系统的结构示意图。
37.图3为本申请实施例提供的直流微电网系统的电气参数附表。
38.图4为本申请实施例提供的直流微电网稳定域评估结果的示意图。
39.图5为本申请实施例提供的电磁暂态仿真模型的电路结构示意图。
40.图6为本申请实施例提供的采用线性下垂和非线性下垂情况下的直流电压仿真结果示意图。
41.图7为本申请实施例提供的采用线性下垂和非线性下垂情况下的负载电压仿真结
果示意图；
42.图8为本申请实施例提供的采用线性下垂和非线性下垂情况下的恒功率负载电流仿真结果示意图。
43.图9为本申请实施例提供的直流微电网非线性控制装置的结构示意图。
具体实施方式
44.下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
45.请参阅图1，图1是本申请实施例提供的直流微电网非线性控制方法的流程示意图。该直流微电网非线性控制方法应用于直流微电网系统，该直流微电网非线性控制方法的流程可以包括：
46.步骤101、基于恒功率负载动态方程，建立恒功率负载的非线性动态模型。
47.本申请实施例中，请参阅图2，图2为本申请实施例提供的直流微电网系统的结构示意图。直流微电网系统包括可调控电压源和多个恒功率负载，多个恒功率负载与可调控电压源连接，可调控电压源包括非线性控制器。在该直流微电网系统中，n
j
个恒功率负载通过滤波器连接到直流母线上。其中，该滤波器可以为rlc滤波器。
48.比如，本申请实施例中，基于恒功率负载动态方程，并考虑恒功率负载的负阻抗特性，可以建立恒功率负载的非线性动态模型。
49.比如，在一种实施方式中，直流微电网系统还包括多个滤波器，恒功率负载通过对应位置的滤波器与可调控电压源连接，滤波器包括滤波电感l
j
、滤波电容c
j
和滤波电阻r
j
，滤波电阻r
j
通过滤波电感l
j
与滤波电容c
j
连接，步骤101中的基于恒功率负载动态方程，建立恒功率负载的非线性动态模型，可以包括：
50.建立所述恒功率负载通过对应滤波器连接到直流母线的恒功率负载动态方程，所述恒功率负载动态方程是关于可调控电压源的电压、滤波电容两端的电压、通过滤波电感的电流、滤波电阻、恒功率负载的功率值、通过恒功率负载的电流以及第一电流控制环时间常数的方程；
51.将所述恒功率负载动态方程转换为基于系统运行点或平衡点的恒功率负载的非线性动态模型，所述非线性动态模型是关于可调控电压源的电压变化量、滤波电容的电压变化量、滤波电感的电流变化量以及通过恒功率负载的电流变化量的方程。
52.具体而言，比如，直流微电网系统中含有nj个恒功率负载，并采用具有内动态的受控电流源来模拟第j个恒功率负载。该受控电流源可由一阶模型近似，在电压理想调节的情况下，其输入为p
j
/v
j
；其中，p
j
是恒功率负载功率值，v
j
是滤波电容c
j
两端的电压。由此可见，电压的动态变化会导致恒功率负载的非线性行为；因此，第j个恒功率负载通过第j个滤波器连接到直流母线的恒功率负载动态方程，可表达为：
[0053][0054]
[0055][0056]
上式(1)
‑
(3)中，l
j
是滤波电感，是通过滤波电感l
j
电流的微分，r
j
是滤波电阻，i
j
是通过滤波电感l
j
的电流，v
j
是滤波电容c
j
两端的电压，v
s
是可调控电压源的电压，是滤波电容c
j
两端电压的微分，i
cj
是通过恒功率负载的电流，τ
j
是第一电流控制环时间常数，是通过恒功率负载的电流的微分，p
j
是恒功率负载的功率值。
[0057]
为了方便分析，将上式(1)
‑
(3)表达为系统运行点或平衡点附近，并将变量做如下变换：其中，y表示电压或电流变量，表示其平衡点，表示其在平衡点附近的变化量。基于此，第j个滤波器
‑
恒功率负载的微增率动态方程为：
[0058][0059][0060][0061]
上式(6)中，且
[0062][0063]
上式(4)
‑
(7)中，是通过滤波电感l
j
的电流变化量的微分，r
j
是滤波电阻，是通过滤波电感l
j
的电流变化量，是滤波电容c
j
两端的电压变化量，是可调控电压源的电压变化量，是滤波电容c
j
两端的电压变化量的微分，τ
j
是第一电流控制环时间常数，是通过滤波电感l
j
的电流均值，是通过恒功率负载的电流变化量，p
j
是恒功率负载的功率值，是滤波电容c
j
两端的电压均值。
[0064]
步骤102、对直流微电网系统中的可调控电压源建立可调控电压源模型，并建立可调控电压源的非线性控制器模型。
[0065]
本申请实施例中，对直流微电网系统中的可调控电压源进行建模，建模后得到可调控电压源模型，并设计可调控电压源的非线性控制器模型，该非线性控制器模型可以为有理多项式控制器模型。需要说明的是，该可调控电压源可以是电池储能系统，用于调节直流母线的电压。
[0066]
比如，在一些实施例中，可调控电压源还包括电源变换器，电源变换器与非线性控制器连接，非线性控制器包括电压控制器vc1和电流控制器cc，该非线性控制器采用下垂控制策略，通常能够实现均流、激活阻尼和即插即用的能力。电源变换器包括第一电感l，该电源变换器可以为双向直流
‑
直流变换器，步骤102中的对直流微电网中的可调控电压源建立可调控电压源模型，可以包括：
[0067]
建立所述电流控制器的闭环电流动态模型，所述闭环电流动态模型是关于流经第一电感的电流和电流参考值的模型；
[0068]
建立所述电压控制器的电压控制外环曲线，所述电压控制外环曲线是关于电流参
考值、额定电流值、下垂系数、可调节电压源的输出电压的参考值以及可调节电压源的输出电压的多项式下垂曲线；
[0069]
根据所述闭环电流动态模型和电压控制外环曲线，获取所述可调控电压源连接到直流母线上的可调控电压源模型，所述可调控电压源模型是关于滤波电容的电容值大小、可调节电压源的输出电压、流经第一电感的电流以及流经滤波电感的电流的模型。
[0070]
具体而言，比如，非线性控制器实现电流、电压策略。首先，测量第一电容c两端的输出电压v
s
(即可调电压源的输出电压)，并将其与第一电容c两端的参考电压(即可调电压源的输出电压的参考值)进行比较，以产生第一误差信号；该第一误差信号被施加到电压控制器vc1，通过下垂曲线计算参考电流进一步地，将参考电流与流经第一电感l的电流i
s
进行比较，以产生第二误差信号；该第二误差信号反馈至内部的电流控制器cc，生成脉冲宽度调制器pwm1的占空比信号，用以驱动电源变换器的开关。
[0071]
对于可调控电压源的建模，假设内环的电流控制器cc比外环的电压控制器vc1响应快得多，则可将闭环电流动态近似为具有时间常数τ
s
的一阶模型，即闭环电流动态模型：
[0072][0073]
上式(8)中，i
s
是流经第一电感l的电流，是电流参考值。另外，电压控制外环可被多项式下垂曲线描述，即电压控制外环曲线：
[0074][0075]
上式(9)中，是电流参考值，是额定电流值，k
d
是与d次项有关的下垂系数，d
max
是多项式下垂的最大次数，是可调电压源的输出电压的参考值，v
s
是可调电压源的输出电压。
[0076]
根据上式(8)和式(9)，可以得到可调控电压源连接到直流母线上时的可调控电压源模型为：
[0077][0078]
上式(10)中，c是滤波电容的电容值大小，是可调控电压源的输出电压的微分，i
s
是流经第一电感l的电流，i
j
是流经第j个滤波器的电流，n为滤波器的个数。
[0079]
在一些实施例中，步骤102中的建立可调控电压源的非线性控制器模型，可以包括：
[0080]
根据所述闭环电流动态模型和电压控制外环曲线，建立所述可调控电压源的非线性控制器模型，所述非线性控制器模型是关于第二电流控制环时间常数、额定电流值、下垂系数、可调节电压源的输出电压的参考值、可调节电压源的输出电压、流经第一电感的电流的模型。
[0081]
根据上式(8)和(9)，可以得到可调控电压源的非线性控制器模型，即直流微电网有理多项式：
[0082][0083]
上式(11)中，τ
s
是第二电流控制环时间常数，是流经第一电感l的电流的微分，是额定电流值，k
d
是与d次项有关的下垂系数，d
max
是有理多项式下垂的最大次数，是可调电压源的输出电压的参考值，v
s
是可调电压源的输出电压，i
s
是流经第一电感l的电流；当d
max
＝1时，式(11)可表达为线性下垂曲线，即为非线性控制器的特殊形式。
[0084]
在一些实施例中，步骤102中的对直流微电网中的可调控电压源建立可调控电压源模型，还可以包括：
[0085]
将所述可调控电压源模型转换为基于系统工作点或平衡点的目标可调控电压源模型，所述目标可调控电压源模型是关于滤波电容的电容值大小、可调控电压源的电压变化量的微分、流经第一电感的电流的偏差量的微分以及恒功率负载的电流的偏差量的模型。
[0086]
比如，为了表示工作点附近的动态行为，可以将可调控电压源模型进一步表达为：
[0087][0088]
上式(12)为基于系统工作点或平衡点的目标可调控电压源模型，其中，c是滤波电容的电容值大小，是可调控电压源的电压变化量的微分，是流经第一电感l的电流的偏差量，是恒功率负载的电流的偏差量，n
j
是恒功率负载的个数。
[0089]
在一些实施例中，步骤102中的建立可调控电压源的非线性控制器模型，还可以包括：
[0090]
将所述可调控电压源的非线性控制器模型转换为基于系统工作点或平衡点的目标非线性控制器模型，所述目标非线性控制器模型是关于第二电流控制环时间常数、流经第一电感的电流的偏差量的微分、与d次项有关的下垂系数、多项式下垂的最大次数、可调控电压源的电压变换量以及流经第一电感的电流的偏差量的模型。
[0091]
比如，为了表示工作点附近的动态行为，可将可调控电压源的非线性控制器模型进一步表达为：
[0092][0093]
上式(13)为基于系统工作点或平衡点的目标非线性控制器模型，其中，τ
s
是第二电流控制环时间常数，是流经第一电感l的电流的偏差量的微分，d
max
是多项式下垂的最大次数，k
d
是与d次项有关的下垂系数，是可调控电压源的电压变换量，是流经第一电感的电流的偏差量。
[0094]
步骤103、根据非线性动态模型和非线性控制器模型获取线性矩阵不等式，基于线性矩阵不等式获取二次型李雅普诺夫函数，利用二次型李雅普诺夫函数确定直流微电网系统的稳定域。
[0095]
本申请实施例中，根据步骤101中的非线性动态模型以及步骤102中的非线性控制
器模型可以获取线性矩阵不等式，基于该线性矩阵不等式可以获取二次型李雅普诺夫函数，利用该二次型李雅普诺夫函数可以判断直流微电网系统的稳定域。
[0096]
在一些实施例中，步骤103中的根据非线性动态模型和非线性控制器模型获取线性矩阵不等式，基于线性矩阵不等式获取二次型李雅普诺夫函数，利用二次型李雅普诺夫函数确定直流微电网系统的稳定域，可以包括：
[0097]
根据非线性动态模型和非线性控制器模型，获取含有可调控电压源和恒功率负载的直流微电网动态方程组，所述直流微电网动态方程组是关于状态变量矢量和状态空间矩阵的方程组，所述状态空间矩阵包含直流母线电压的非线性函数；
[0098]
将所述状态空间矩阵转换为一组线性矩阵；
[0099]
获取所述一组线性矩阵的公共矩阵，基于所述一组线性矩阵及公共矩阵获取所述二次型李雅普诺夫函数，所述二次型李雅普诺夫函数是关于状态变量矢量和公共矩阵的函数；
[0100]
基于所述二次型李雅普诺夫函数确定所述直流微电网动态方程组的稳定域。
[0101]
根据上式(1)
‑
(7)和(8)
‑
(11)的动态微分方程，为方便分析，将动态微分方程表达为系统运行点或平衡点附近的矩阵
‑
向量形式，得到含可调控电压源和恒功率负载的直流微电网动态方程组，如下：
[0102][0103]
上式(14)中，向量x为状态变量矢量，为状态变量矢量的微分，矩阵a为状态空间矩阵，其含有直流母线电压的非线性函数。
[0104]
其中，a(t)矩阵的非线性项主要与直流母线电压和有关。基于和的最小值与最大值，可以形成多面体的2^(n
j
+1)个顶点，这些顶点将构成多面体。基于2^(n
j
+1)个顶点，a(t)可以转化为一组状态矩阵如下：
[0105][0106]
上式(15)中，a0、是分别展开后的0阶、1阶以及n
j
+1阶状态矩阵，δv1是指状态变量的等效1阶区间数，
…
，是指状态变量的等效j+1阶区间数,这一组状态矩阵包含2^(n
j
+1)个线性矩阵，因此，可将多面体系统的稳定性问题转化为验证2^(n
j
+1)个线性矩阵的稳定性问题。
[0107]
基于上述2^(n
j
+1)个线性矩阵，可采用matlab lmi工具箱的可行性求解器函数求解公共矩阵p，如采用feasp函数求解公共矩阵p，则可形成二次型李雅普诺夫函数，如下：
[0108][0109]
上式(16)中，v为李雅普诺夫函数，x为状态变量矢量。进一步地，扩大的范围，直至feasp函数不能求解出公共的p矩阵为止，则形成最终的二次型李雅普诺夫函数。通过二次型李雅普诺夫函数与的最终范围，即可评估上式(14)中直流微电网动态方程组(非线性动态方程)的稳定域。
[0110]
步骤104、根据稳定域对非线性控制器模型的控制参数进行调节，直至得到直流微电网系统的最大稳定域，确定与最大稳定域对应的目标控制参数。
[0111]
本申请实施例中，基于步骤103的稳定域评估，设置不同的非线性控制器的控制参数，再次评估直流微电网系统的稳定域，直到获得最大的稳定域为止，在得到最大稳定域后，即可确定与该最大稳定域对应的目标控制参数。
[0112]
为验证本申请所提供的直流微电网非线性控制方法的有效性，采用一次
‑
三次方下垂作为非线性控制器的结构，可表示如下：
[0113][0114]
上式(17)中，k(
·
)是一次
‑
三次方下垂非线性控制器结构函数，是第一电容两端的电压的偏差量，k
d1
是非线性控制器的一次方下垂系数，k
d3
是非线性控制器的三次方下垂系数。
[0115]
本申请实施例中，首先，通过建立含有可调控电压源、恒功率负载的直流微电网的非线性动态方程组，并对可调控电压源设计有理多项式非线性控制器，即设计可调控电压源的有理多项式非线性控制结构；其次，基于非线性动态方程组，采用线性矩阵不等式评估含恒功率负载的直流微电网系统的稳定域；最后，通过稳定域的评估，对有理多项式非线性控制参数进行整定，以提高直流微电网系统的稳定性。
[0116]
为进一步阐述该一次
‑
三次方下垂的有效性，本发明基于图2的直流微电网系统的拓扑结构，设置3个恒功率负载，1个可调控电压源。该直流微电网系统的电路参数可参考图3中的附表，图3为本申请实施例提供的直流微电网系统的电气参数附表。通过步骤103的线性矩阵不等式稳定域评估方法，k
d1
和k
d3
可分别被确定为k
d1
＝2，k
d3
＝1.6，即获得最大的稳定域。
[0117]
请参阅图4，图4为本申请实施例提供的直流微电网稳定域评估结果的示意图，图4中示意出了各状态量之间最大的稳定域边界。具体分为两种情况：1)采用线性下垂；2)采用一次
‑
三次方非线性下垂。由图4可知，第二种情况较第一种情况，获得更大的稳定域边界，即采用一次
‑
三次方非线性下垂的情况较采用线性下垂的情况，可以获得更大的稳定域边界。
[0118]
为进一步验证直流微电网有理多项式非线性下垂控制的有效性，在matlab/simulink中搭建电磁暂态仿真模型，该电磁暂态仿真模型的电路结构示意图如图5所示。基于上述两种情况，开展大扰动下的电磁暂态仿真，图6至图8显示了仿真结果的比较。图6为本申请实施例提供的采用线性下垂和非线性下垂情况下的直流电压仿真结果示意图。图7为本申请实施例提供的采用线性下垂和非线性下垂情况下的负载电压仿真结果示意图。图8为本申请实施例提供的采用线性下垂和非线性下垂情况下的恒功率负载电流仿真结果示。意图。由图6至图8可知，采用有理多项式非线性下垂，其直流电压和电流动态响应偏差更小，且更快地恢复至稳态情况。通过大扰动李雅普诺夫函数对非线性系统稳定域的评估可知，设计非线性控制器有利于扩大系统的稳定域边界。
[0119]
可以理解的是，本申请实施例中，可以建立恒功率负载的非线性动态模型及可调控电压源的非线性控制器模型，并且可以根据非线性动态模型和非线性控制器模型获取线性矩阵不等式，基于该线性矩阵不等式获取二次型李雅普诺夫函数，利用二次型李雅普诺夫函数确定直流微电网系统的稳定域。并且，可以根据稳定域调整非线性控制器模型的控制参数，直至得到最大稳定域，然后确定与该最大稳定域对应的非线性控制器模型的目标
控制参数，即通过稳定域的评估，可以对非线性控制器的控制参数进行整定，从而可以提高直流微电网系统的稳定性。
[0120]
请参阅图9，图9为本申请实施例提供的直流微电网非线性控制装置的结构示意图。该直流微电网非线性控制装置应用于直流微电网系统，直流微电网系统包括可调控电压源和多个恒功率负载，多个恒功率负载与可调控电压源连接，可调控电压源包括非线性控制器。该直流微电网非线性控制装置200可以包括：第一建立模块201，第二建立模块202，第一确定模块203，第二确定模块204。
[0121]
第一建立模块201，用于基于恒功率负载动态方程，建立恒功率负载的非线性动态模型；
[0122]
第二建立模块202，用于对直流微电网系统中的可调控电压源建立可调控电压源模型，并建立所述可调控电压源的非线性控制器模型；
[0123]
第一确定模块203，用于根据所述非线性动态模型和非线性控制器模型获取线性矩阵不等式，基于所述线性矩阵不等式获取二次型李雅普诺夫函数，利用所述二次型李雅普诺夫函数确定所述直流微电网系统的稳定域；
[0124]
第二确定模块204，用于根据所述稳定域对所述非线性控制器模型的控制参数进行调节，直至得到所述直流微电网系统的最大稳定域，确定与所述最大稳定域对应的目标控制参数。
[0125]
在一种实施例中，所述直流微电网系统还包括多个滤波器，所述恒功率负载通过对应位置的滤波器与所述可调控电压源连接，所述滤波器包括滤波电感、滤波电容和滤波电阻，所述滤波电阻通过所述滤波电感与所述滤波电容连接，所述第一建立模块201可以用于：
[0126]
建立所述恒功率负载通过对应滤波器连接到直流母线的恒功率负载动态方程，所述恒功率负载动态方程是关于可调控电压源的电压、滤波电容两端的电压、通过滤波电感的电流、滤波电阻、恒功率负载的功率值、通过恒功率负载的电流以及第一电流控制环时间常数的方程；
[0127]
将所述恒功率负载动态方程转换为基于系统运行点或平衡点的恒功率负载的非线性动态模型，所述非线性动态模型是关于可调控电压源的电压变化量、滤波电容的电压变化量、滤波电感的电流变化量以及通过恒功率负载的电流变化量的方程。
[0128]
在一种实施例中，所述可调控电压源还包括电源变换器，所述电源变换器与所述非线性控制器连接，所述非线性控制器包括电压控制器和电流控制器，所述电压控制器与所述电流控制器连接，所述电源变换器包括第一电感，所述第二建立模块202可以用于：
[0129]
建立所述电流控制器的闭环电流动态模型，所述闭环电流动态模型是关于流经第一电感的电流和电流参考值的模型；
[0130]
建立所述电压控制器的电压控制外环曲线，所述电压控制外环曲线是关于电流参考值、额定电流值、下垂系数、可调节电压源的输出电压的参考值以及可调节电压源的输出电压的多项式下垂曲线；
[0131]
根据所述闭环电流动态模型和电压控制外环曲线，获取所述可调控电压源连接到直流母线上的可调控电压源模型，所述可调控电压源模型是关于滤波电容的电容值大小、可调节电压源的输出电压、流经第一电感的电流以及流经滤波电感的电流的模型。
[0132]
在一种实施例中，所述第二建立模块202可以用于：
[0133]
根据所述闭环电流动态模型和电压控制外环曲线，建立所述可调控电压源的非线性控制器模型，所述非线性控制器模型是关于第二电流控制环时间常数、额定电流值、下垂系数、可调节电压源的输出电压的参考值、可调节电压源的输出电压、流经第一电感的电流的模型。
[0134]
在一种实施例中，所述第一确定模块203可以用于：
[0135]
根据非线性动态模型和非线性控制器模型，获取含有可调控电压源和恒功率负载的直流微电网动态方程组，所述直流微电网动态方程组是关于状态变量矢量和状态空间矩阵的方程组，所述状态空间矩阵包含直流母线电压的非线性函数；
[0136]
将所述状态空间矩阵转换为一组线性矩阵；
[0137]
获取所述一组线性矩阵的公共矩阵，基于所述一组线性矩阵及公共矩阵获取所述二次型李雅普诺夫函数，所述二次型李雅普诺夫函数是关于状态变量矢量和公共矩阵的函数；
[0138]
基于所述二次型李雅普诺夫函数确定所述直流微电网动态方程组的稳定域。
[0139]
在一种实施例中，所述公共矩阵通过可行性求解器函数得到。
[0140]
本申请实施例提供一种计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上执行时，使得所述计算机执行如本实施例提供的直流微电网非线性控制方法中的流程。
[0141]
本申请实施例还提供一种直流微电网系统，请参阅图2，该直流微电网系统包括可调控电压源、多个恒功率负载和多个滤波器，每个恒功率负载通过对应位置的滤波器连接到直流母线，可调控电压源包括非线性控制器和电源变换器，非线性控制器通过电源变换器连接到直流母线。
[0142]
非线性控制器包括电压控制器vc1、电流控制器cc和脉冲宽度调制器pwm1，电压控制器vc1通过电流控制器cc与脉冲宽度调制器pwm1连接，电压控制器vc1还与电源变换器连接。
[0143]
非线性控制器实现电流、电压策略。可调控电压源的输出电压v
s
与可调控电压源的输出电压的参考值的第一误差信号被施加到电压控制器vc1，通过下垂曲线计算参考电流将参考电流与流经第一电感l的电流i
s
进行比较，以产生第二误差信号；该第二误差信号反馈至内部的电流控制器cc，生成脉冲宽度调制器pwm1的占空比信号，用以驱动电源变换器的开关。
[0144]
本申请实施例通过建立含有可调控电压源、恒功率负载的直流微电网的非线性动态方程组，并对可调控电压源设计有理多项式非线性控制器，即设计可调控电压源的有理多项式非线性控制结构；其次，基于非线性动态方程组，采用线性矩阵不等式评估含恒功率负载的直流微电网系统的稳定域；最后，通过稳定域的评估，对有理多项式非线性控制参数进行整定，以提高直流微电网系统的稳定性。
[0145]
以上对本申请实施例提供的直流微电网非线性控制方法、装置、存储介质及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请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申请。同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，
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申请的限制。