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。
[0033] 图2所示为本
【发明内容】
中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，该方法共包括非线性干扰观测器设计、基于非线性干扰观测器的直流母线电压 下垂控制和基于非线性干扰观测器的电压/电流双环控制三部分，各部分【具体实施方式】如 下：
[0034] 1)非线性干扰观测器设计
[0035] 非线性干扰观测器的目的是通过本地信息，避免采用电流传感器，获取直流母线 电压控制单元输出电流i。。本发明中设计非线性干扰观测器如下：
[0036]
(?)
[0037] 式中，z为观测器中间状态变量，1为观测器增益，i为DC-DC输出电流i。的观 测值。选择1时，应注意防止数值过大带来的实现困难，如饱和效应、噪声加剧等，通常希 望观测器响应速度比反馈控制系统的响应速度快些，因此本发明中该增益选择范围可取为 1e[2,5]。
[0038] 若单相或三相不平衡交流负荷通过DC-AC变流器接入直流微电网，或直流微电网 通过单相DC-AC变流器并入交流系统等，将导致直流母线电压中存在二倍工频纹波分量， 从而导致I含有两倍工频纹波分量。为有效消除该分量，本发明采用基于二阶通用积分环 节（S0GI)的带通滤波环节GBPF(s)对观测器输出结果进行滤波，实施方式如下：
[0039] (")
[0040] A屮，父侃贝何谀电丨叫电压频竿UfT吊'73M4. 15rad/s);增益kf取值不同 会影响带通滤波器对2ω。附近频率分量的滤波效果及动态响应，一般可取〇. 5~1. 5较合 适。
[0041] 2)基于非线性干扰观测器的直流母线电压下垂控制
[0042] 基于非线性干扰观测器的直流母线电压下垂控制实施方式如下：
[0043]
(?
[0044] 式中，Ud_f表示内环直流电压控制参考值；U。和k分别表示直流母线电压控制单 元下垂曲线的电压设定点和下垂系数（这两个参数通常由系统实际直流母线电压运行要 求决定，假定系统实际运行中可允许的直流母线电压上限和下限值分别为u_和U_，DC-DC 输出电流最大限值为1。_，则1]。通常取为（U_+U_)/2，k取为（U_-U_)/2I_X) 表 示该直流母线电压控制单元输出电流的观测值，该值由非线性干扰观测器获得，避免使用 电流传感器。
[0045] 3)基于非线性干扰观测器的电压/电流双环控制
[0046] 本
【发明内容】
中基于非线性干扰观测器的电压/电流双环控制【具体实施方式】如下 式（5)~（7)。其中式（5)为基于非线性干扰观测器的扰动电流前馈，式中Ud_f由式（4) 所得；kpu、klu分别为电压环PI控制器比例和积分控制参数（通常由电压环的动态性能和稳 定性来决定这两个参数，比例系数kpu越大，尽管能提高系统动态响应速度，但系统相角裕 度将减小，系统稳定性降低；比例系数kpu越小，导致动态响应速度会降低，相角裕度增大会 增加系统阻尼，造成系统动态过程缓慢；增大积分系数hJW能显著缩短直流母线电压因扰 动引起的恢复时间，因此在选择这两个参数时因尽可能保证直流母线电压控制系统相角裕 度45°左右，调节时间不小大于0.5s。）。
[0047]
(5)
[0048] 为有效滤除电压环输出电流参考值中的二倍频脉动分量，从而消除DC-DC双向 变流器输出电流二倍频纹波分量，改善其电流波形，本发明采用基于二阶通用积分环节 (S0GI)的带通滤波环节GBPF(s)对电流参考i"f输出结果进行滤波，实施方式如下：
[0049]
轉.
[0050] 电流环PI控制实施方式如下，式中kpi、U分别为电流环PI控制器比例和积分控 制参数（这两个参数通常由电流环的动态性能和稳定性决定，积分系数一定时，比例系 数kpi越大，电流环阶跃响应的超调量越小，表明系统阻尼越大；比例系数kpi-定时，积分 系数U越大，电流环阶跃响应的超调量增大，且系统动态响应加快，在实际电流控制中，电 流环的超调量不宜超过20%，调节时间应不大于0.Is。）。
[0051]
(7)
[0052] 为验证本
【发明内容】
中所提控制算法的有效性，进行了实物验证，波形结果如图3 所示，其中图3(a)为采用常规控制算法的波形，图3(b)为采用本发明控制算法的实验结 果。从图中可以看出，在同样的负荷扰动下，直流母线电电压在常规方法下跌落10V左右， 而在采用本发明控制算法后，电压跌落得到明显抑制，且两DC-DC变流器实现了功率均流， 达到了自治运行和即插即用的效果。
[0053] 综上所述，应用本发明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，不仅能实现直流微电网内分布式电源的即插即用，还能增强直流母线电压控制系统 的动态响应和抗扰性能，能有效应对直流微电网内负荷变化或可再生能源发电单元出力波 动。
【主权项】
1. 一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， (1) 建立DC-DC变流器模型，其表达式如下：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；Ht、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32的占空比； (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：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] ;ξ为L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 ; (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； (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。2. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，（3)中采用的直流母线电压下垂控制 为：式中，Ud_f表示内环直流电压控制参考值；U。和k分别表示直流母线电压控制单元下 垂曲线的电压设定点和下垂系数，设系统可允许的直流母线电压上限和下限值分别为1]_ 和U_，DC-DC输出电流最大限值为1。_，则U。取为（U_+U_) /2,k取为（u_-u_) /21。_)。
【专利摘要】本发明涉及一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，包括：建立DC-DC变流器模型；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：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；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。本发明既能实现直流微电网对等控制和自治运行，还能有效提高控制系统动态响应，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。
【IPC分类】H02J1/00, H02J1/02
【公开号】CN105305402
【申请号】CN201510683104
【发明人】李霞林, 郭力, 王成山, 赵波, 张雪松, 周金辉
【申请人】天津大学, 国网浙江省电力公司电力科学研究院
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月20日