一种直流微网母线电压鲁棒自治控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微网变流器控制技术领域，涉及一种基于非线性干扰观测器的直流微 网母线电压鲁棒自治控制算法。
【背景技术】
[0002] 微电网技术的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多 样的分布式电源并网运行问题，有助于当电网灾变时向重要负荷持续供电，避免间歇式电 源直接影响本地用户电能质量，具有重要的经济意义和社会价值。同交流微电网相比，直 流微电网可更高效可靠地接纳风、光等分布式可再生能源发电系统、储能单元、电动汽车及 其他直流用电负荷，成为智能电网领域研究的新热点之一。如何对直流微电网内不同类型 分布式发电单元、储能、直流负荷以及交直流接口变流器等进行协调控制，保证系统稳定运 行，是目前直流微电网运行控制技术研究关注的重点。
[0003] 直流母线电压是衡量直流微电网内功率平衡的唯一指标。为了提高供电可靠性， 直流微电网系统通常采用多台主电源共同调节直流母线电压。当系统中的所有主电源在控 制上具有相同地位时，就称其为对等控制。此时，即使某台主电源由于故障而退出运行，该 直流微电网依然能够维持正常工作。作为对等控制策略的一种实现方式，下垂控制由于无 需依赖高速通信，易于实现"即插即用"，且可靠性较高，在直流微电网中得到了广泛关注和 应用[1-2]。文献[3]通过建立直流微电网的状态空间平均模型，分析了控制参数对系统稳 定性的影响，得出合理的控制参数能够有效保证系统的稳定性。文献[4]侧重于研究下垂 控制的直流微电网稳定性问题，通过小扰动近似，得到了适用于任意结构的微电网的稳定 运行条件。文献[5]建立了独立运行直流微电网的大信号模型，为系统参数设计提供了一 种稳定性判据，但是文中忽略了控制系统对等效模型的影响。文献[6]针对LC滤波器容易 导致直流微电网发生谐振的问题，提出了一种分布式的振荡抑制策略，然而多个阻尼控制 器之间的相互作用会增加参数设计的复杂性。
[0004] 上述文献主要关注直流微电网的稳定性问题，而对如何提高直流母线电压控制系 统的动态响应研究较少。
[0005] 参考文献
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【发明内容】
[0013] 本发明针对直流微电网母线电压稳定控制，克服现有技术的上述不足，提供一种 有效的直流微电网母线电压鲁棒自治控制方法，通过设计一种非线性干扰观测器，并对常 规直流母线电压下垂控制和扰动电流前馈控制算法进行相应改进，达到同时提高直流微电 网母线电压控制系统的动态响应和稳定性，并实现微电网自治运行和分布式电源即插即用 的目的。
[0014] 为此，本发明采用如下技术方案。
[0015] -种直流微网母线电压鲁棒自治控制方法，采用非线性干扰观测器、直流母线电 压下垂控制和电压/电流双环控制相结合，其特征在于，
[0016] (1)建立DC-DC变流器模型，其表达式如下：
[0017]
[0018] 式中，C代表直流母线电容；L为直流侧电感；us、ud。分别表示储能端口电压和直流 母线电压；ibat、i。分别表示储能输出电感电流、高压侧输出电流和DC-DC输出电流；d2为 开关管S2的占空比；
[0019] (2)通过非线性干扰观测器对DC-DC变流器输出电流进行跟踪，采用基于二阶通 用积分环节的带通滤波环节对观测器输出结果进行滤波，其表达式如下：
[0020]
[0021] 式中，表示该直流母线电压控制单元输出电流的观测值，z为观测器中间状 态变量，1为观测器增益，取为1e[2, 5];(为i。的观测值；ω。为交流负荷或电网电压频 率；增益kf取0. 5~1. 5 ;
[0022] (3)直流母线电压下垂控制中输出电流采用非线性干扰观测器输出结果；
[0023] (4)电压/电流双环控制中采用非线性干扰观测器输出结果的扰动电流前馈控制 方法。
[0024] 本发明提出的基于非线性干扰观测器的直流微网母线电压鲁棒自治控制方法，既 能实现直流微电网对等控制和自治运彳丁，还能有效提尚控制系统动态响应，抑制暂态直流 母线电压波动和冲击，有利于直流微电网内分布式电源和负荷的扩展和即插即用。
【附图说明】
[0025] 图1典型直流微电网结构图和储能单元及其相应DC-DC变流器结构图；
[0026] 图2基于非线性干扰观测器的直流微网母线电压鲁棒自治控制方法；
[0027] 图3(a)和（b)分别为常规控制算法与本发明控制算法实验波形图。
【具体实施方式】
[0028] 下面根据说明书附图，对本发明的技术方案进一步详细表述。
[0029] 如图1(a)所示，直流微电网内分布式电源、储能系统及负荷等均需通过相应的 DC-DC或DC-AC变流器接入直流母线；双向DC-AC变流器作为直流微电网与外部交流电网 之间的能量转换接口，可实现交直流系统间的功率交换与相互支撑。为实现直流微电网并 网和独立两种运行模式的无缝切换，通常可由直流系统内可控型分布式电源或储能单元及 其相应的DC-DC变流器（如图1(b)所示）来控制直流母线电压。本
【发明内容】
主要应用于 图1(b)所示DC-DC变流器控制，用以控制直流母线电压，维持直流微电网内功率和能量平 衡。
[0030] 在具体介绍本发明的技术方案之前，先介绍下该方法应用的控制对象的建模，即 图1 (b)所示DC-DC变流器数学模型，其表达式如下：
[0031]
(1)
[0032] 式中，C代表直流母线电容；L为直