一种风光互补发电切换运行的模糊控制方法与流程

本发明关于一种风光互补发电切换运行的模糊控制设计方法。

背景技术：

随着环境污染的加剧，人们开始加大新能源微型电网的建设。具有多个新能源发电单元既可以孤岛运行也可以实现联网发电，既可以组成直流微电网也可以组成交流微电网或并入大电网运行。由于发出的电能与消耗的电能存在动态的变化，使得微电网内部存在多模态的切换，而且考虑并网运行时，单一发电系统的稳定无法保证整个微电网或微电网群的稳定运行。此外，dc/dc变流器广泛应用于直流微电网中，它具有内在的非线性。这些情形使得对新能源的发电控制变得更加困难。

技术实现要素：

鉴于上述情况，有必要提供一种风光互补发电切换运行的模糊控制方法，可以有效解决上述问题。

本发明提供一种风光互补发电切换运行的模糊控制设计方法，包括如下步骤：

s1，搭建风光互补发电实验系统，其中，所述的实验系统包括一组风力发电机、一组太阳能光伏发电、一个ac/dc整流器、两个dc/dc变流器、一个dc/ac逆变器、两套蓄电池组带两个断路器，以及一个直流负载与一个交流负载；所述风力发电机提供电能供所述交流负载使用；所述太阳能光伏发电提供电能供所述直流负载使用；所述的风力发电机与太阳能光伏发电在负载端通过双向dc/ac变流器实现互联供电；

s2，根据系统的运行情况确定切换模态，建立所述风光互补发电实验系统的数学模型；

s3，基于所述数学模型，建立多模态切换模糊控制器的设计方法。

本发明提供的多模态切换模糊控制器方法可以保证风光发电网络在多模态切换下的安全稳定运行。

附图说明

图1为风光互补发电系统多模态切换运行模糊控制方法的实施步骤图。

图2为风光互补发电系统多模态切换运行控制方法的结构示意图。

图3为风光互补发电运行实验平台。

具体实施方式

请参照图1，本发明实施一种风光互补发电系统多模态切换运行模糊控制方法，包括如下步骤：

s1，请参照图2，搭建风光互补切换运行模糊运行系统100，其中，所述风力搭建风光互补发电实验系统包括一组风力发电系统(10)、一组太阳能光伏发电系统(20)、一组ac/dc整流器(11)、两组dc/dc变流器(12,22)、一组dc/ac逆变器(13)、两组蓄电池(14,24)带两组断路器(16,26)、一个交流负载(15)、一个直流负载(25)，以及一个双向dc/ac变流器30。所述风力发电系统对交流负载(15)供电，太阳能光伏发电对直流负载(25)供电，光互补发电系统通过双向dc/ac变流器(30)实现联网；

s2，根据系统的运行情况确定切换模态，建立所述风光互补发电实验系统的模糊数学模型；

s3，基于所述的多模态切换及其相应的数学模型，建立多模态切换模糊控制器的设计方法。

在步骤s2中，根据系统可能存在的模态切换行为，从孤岛运行与并网运行两个方面分析模态切换，并分别给出该模态切换的系统数学模型。

(1)孤岛运行

表示风力发电与太阳能发电系统孤岛运行。在这种情形下，每个孤岛运行的系统还具有以下三种切换的模态。

风力发电孤岛运行：蓄电池退出运行，蓄电池放电，蓄电池充电；在这三种切换情形下，系统的数学模型分别如下：

其中lq和ld是d-q轴的感抗；iq和id是d-q轴的电流，ia是流过负载的电流；ψm是通过电子绕组磁通；rs是定子阻抗；p是极对数；ρ是空气气隙；v是风速；cp是功率因素；a是迎风的区域；ωe是电角速度；j转动系统的惯量。

太阳能光伏发电孤岛运行：蓄电池退出运行，蓄电池放电，蓄电池充电；在这三种切换情形下，系统的数学模型分别如下：

其中vpv,il和v0分别是光伏发电电压，电感上的电流和电容c0上的电压；r0,rl,和rm分别是电容c0，电感l，和mosfet管的阻抗；vd是功率二极管的前向电压；ib是测量的负载电流；ibt是蓄电池的电流。

(2)并网运行

当考虑风力发电与太阳能并网运行时，存在以下两种切换模态：第一种是风力发电功率向太阳能发电系统的负载流动，而第二种是太阳能发电功率向风能发电系统的负载流动。

结合系统内的蓄电池是否参与工作，那么并网运行存在18种切换模态，具体叙述如下：

风能发电功率流动到光伏发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池退出运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池退出运行；或

风能发电功率流动到光伏发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池退出运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池放电运行；或

风能发电功率流动到光伏发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池退出运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池充电运行；或

风能发电功率流动到光伏发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池充电运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池退出运行；或

风能发电功率流动到光伏发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池充电运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池放电运行；或

风能发电功率流动到光伏发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池充电运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池充电运行；或

风能发电功率流动到光伏发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池放电运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池退出运行；或

风能发电功率流动到光伏发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池放电运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池放电运行；或

风能发电功率流动到光伏发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池放电运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池充电运行；或

光伏发电系统的功率流动到风能发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池退出运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池退出运行；或

光伏发电系统的功率流动到风能发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池退出运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池放电运行；或

光伏发电系统的功率流动到风能发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池退出运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池充电运行；或

光伏发电系统的功率流动到风能发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池充电运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池退出运行；或

光伏发电系统的功率流动到风能发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池充电运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池放电运行；或

光伏发电系统的功率流动到风能发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池充电运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池充电运行；或

光伏发电系统的功率流动到风能发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池放电运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池退出运行；或

光伏发电系统的功率流动到风能发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池放电运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池放电运行；或

光伏发电系统的功率流动到风能发电系统的负载，且风能发电系统的蓄电池放电运行，太阳能光伏发电系统的蓄电池充电运行。

s3，基于所述的多模态切换及其相应的数学模型，建立多模态切换模糊控制器的设计方法。

在步骤s3中，选择风电发电系统的参数{id,iq,ψm,i,v,ibt}作为模糊前件变量后，选择太阳能光伏发电系统的参数{vpv,vdipv,il,ib,ibt}，那么所述风力发电与太阳能光伏发电系统在孤岛运行方式下可由以下的t-s模糊模型来近似表达：

在并网运行模式下风光互补发电系统可以通过以下的互联t-s模糊模型近似表达：

其中i∈{1,2},并且

在步骤s3中，所述多模态切换模糊控制器具有如下的形式，

其中kij(μi)和kij(μi)是模糊状态反馈控制器增益，并且a在孤岛运行时为0，在并网运行时为1。

在步骤s3中，所述多模态切换模糊控制器的参数通过如下的方法获得：

首先将所述多模态切换模糊控制器(4)代入孤岛运行的系统(7)和并网运行的系统(8)后，分别获得如下闭环的模糊控制系统：

和

由于现有的系统大多都基于计算机控制，因此设计离散的控制器会更具现实性。现在对(11)与(12)的连续系统进行欧拉离散化，也就是令

其中t是采样周期。

接着考虑如下的函数,

其中是对称正定矩阵，角标i代表是子系统个数，w代表切换信号。

现在定义我们有：

通过young’s不等式，得到：

其中是正定对称的矩阵。

定义正定对称的矩阵以及任意的矩阵并随着系统(11)与(12)，我们分别得到：

组合公式(15)与(17)，并且使用锥补定理与全等变换后，得到以下的公式：

其中

接着，组合公式(15)与(18)，并且使用锥补定理与全等变换后，得到以下的公式：

其中

最终，多模态切换模糊控制器的参数通过求解线性矩阵不等式(19)，(20)(22)，(23)，计算如下：

在步骤s3后，请参照图3，可进一步包括搭建dspace的仿真测试平台。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。