分布式电源非线性功率控制策略的研究

分布式电源非线性功率控制策略的研究

田云飞张海生程紫运

国网甘肃省电力公司经济技术研究院兰州730050

摘要：微网中多种分布式电源需要借助电力电子接口与大电网互联，其自身稳定性和对大电网的安全稳定性问题都很重要，传统的控制方法存在一些不足，本文根据微分几何理论，提出了一种基于精确线性化的非线性控制方法，将一类非线性系统的状态方程，用基于微分同胚的映射转化成另一空间的线性状态方程，将非线性控制问题的求解转化成线性最优控制问题的求解，再利用反变换，得到最终非线性系统控制规律的解析解。

关键词：微分几何，非线性控制，变换，解析解

BriefanalysisForControlStrategyOfNonlinearPowerOfDistributedPower

Abstract:Inthemicro-networks,avarietyofdistributedpowerneedsthepowerelectronicsinterfacewiththegridinterconnection,itsstabilityandgridsecurityandstabilityissuesareimportant,thetraditionalcontrolmethodhassomeshortcomings,thispaperbasedondifferentialgeometrytheory,proposesthenonlinearcontrolmethodbasedonexactlinearization,transformsthestateequationofaclassofnonlinearsystemsintothelinearstateequationofanotherspacebasedonthedifferentialhomeomorphismmaps,transformsthenonlinearcontrolproblemsintolinearoptimalcontrolproblems,andthenusestheinversetransform,getstheanalyticalsolutionofthefinalnonlinearcontrollaw.

Keywords:differentialgeometry,nonlinearcontrol,transformation,theanalyticalsolution

1引言

随着分布式发电的发展和普及，分布式电源的控制研究受到广泛关注。分布式电源其中一部分需要借助电力电子接口组成一定容量规模的微电网，并在PCC节点与大电网实现互联。由于其自身稳定和对大电网安全稳定的影响，其控制问题显得尤为重要。

对于分布式电源的控制问题，文献[1,2]提出了微网孤岛运行时采用PQ控制，并网运行时采用V/f控制的控制方式，此类方法的不足为：微网在不同运行状态之间切换的时候，过渡过程不够平滑，有可能导致较大的电磁暂态过程和超调量，对系统的频率、电压和容量造成冲击，进而影响电网整体的安全稳定性。目前微网中分布式电源的控制方法主要是是线性化的控制方法，核心思想是当系统在平衡点附近发生小扰动时，通过PID反馈调节使得系统稳定在平衡点附近，这种控制方法并不符合大范围稳定性的要求，一旦系统状态发生较大变化时，这些控制器的控制效果难以令人满意。

本文根据微分几何理论，提出一种分布式电源的基于状态反馈的精确线性化的非线性控制方法，采用状态空间平均建模方法，建立了三相电压型PWM转换器在旋转坐标系下的仿射非线性模型，验证了该模型满足精确线性化的条件；然后通过坐标变换得到线性化模型，再利用反变换，得到最终非线性系统控制规律的解析解，实现了有功电流和无功电流的解耦控制。

2微分几何理论

4结论

本文所研究的基于微分几何理论的分布式电源非线性功率控制策略是借鉴许多其它领域已经获得应用的非线性精确线性化方法实现的，这样的设计要比原来的线性化方法更准确的反映分布式电源非线性功率的非线性实质。在微网分布式电源的功率控制中，采用非线性控制能够有效地减小调节量所引起的超调现象，较传统的PID控制方法更有效，过渡过程更短，而且克服传统PID控制控制器参数重新整定的困难。

参考文献

[1]李胜，张建华,李春叶,等.微网(Microgrid)的并网运行方式探讨[J].太原理工大学学报，2009，40(2)：184-187.

[2]明战起,石新春,周国梁.电压型PWM整流器比例积分控制器的参数设计[J].电力科学与工程,2008，24(9)：19-23.