混合灵敏度的微型燃气轮机鲁棒控制方法
【专利摘要】本发明提出了一种基于H∞混合灵敏度的微型燃气轮机鲁棒控制方法，包括如下步骤：根据微电网频率偏差Δf与功率偏差ΔP的关系式，由此建立微型燃气轮机的传递函数Gp(s)；建立灵敏度函数S和补灵敏度函数T，构造满足约束条件的加权函数W1、W2、W3；建立微电网广义被控对象的闭环系统传递函数Tzw(s)，进而求取微型燃气轮机的H∞控制器Chinf的传递函数K(s)。该方法中构建了基于鲁棒H∞控制的MT功率控制器，能够克服现有技术中多个控制器设计难度大、协调性能差、结构复杂等缺陷，有效提高了微电网系统的鲁棒性、动态性能和抗干扰能力。
【专利说明】基于Hj昆合灵敏度的微型燃气轮机鲁棒控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明是微电网中基于Hj昆合灵敏度的微型燃气轮机鲁棒控制方法，属于新能 源电力系统与电网【技术领域】，结合现代鲁棒控制，为微电网平稳安全运行设计微型燃气轮 机的控制器，适用于由风力发电系统、光伏发电系统、微型燃气轮机、燃料电池、用于制造氢 气的且负荷可控的电解槽系统（或是储能系统）、用电负荷组成的微电网。
【背景技术】
[0002] 随着能源需求的增长及化石能源的枯竭，能源结构的变化迫使人们积极寻找开发 绿色、可循环的新能源。太阳能、风能有效缓解了能源需求，然而风能、太阳能的不稳定对电 能的质量、电网的稳定是一个严峻的挑战。微型电网（简称微电网）应运而生，它是电力行 业发展的一个新方向。微电网在孤岛模式下的稳定运行，可以充分发挥微电网的主观能动 性，并提高供电的可靠性，具有长远的战略意义。
[0003] 由监控系统、微型燃气轮机（MT)、用电负荷（Load)、用于制造氢气的且负荷可控 的电解槽（ES)、储氢容器、燃料电池（FC)、光伏发电系统（PV)以及风力发电系统（WP)组成 的孤岛模式下的微电网，如图1所示。由于WP、PV以及Load的波动，导致了微电网的功率 波动以及频率的波动。Hj昆合灵敏度是鲁棒控制的一个重要的分支，H00控制在系统的动态 性能、稳定性及鲁棒性的控制效果上优于传统控制方法。针对图1所示的微电网系统，为使 微电网频率波动范围稳定在频率允许最大偏差内，提出了用于频率控制的微型燃气轮机的 鲁棒控制方法。
[0004] 因此，本发明提出将Hj昆合灵敏度原理应用到微型燃气轮机的控制器设计中，从 而控制微电网频率的稳定。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种基于Hj昆合灵敏度的微 型燃气轮机鲁棒控制方法，该方法将先进的鲁棒控制技术能够应用到微电网频率的控制 中，能够提高微电网运行的可靠性。
[0006] 为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
[0007] -种基于Hj昆合灵敏度的微型燃气轮机鲁棒控制方法，其特征在于：该设计包括 如下步骤：
[0008] (A)根据微电网频率偏差Λf与功率偏差ΛP的关系式，由此建立微型燃气轮机的 传递函数Gp(S)^TS:
【权利要求】
1. 一种基于Hj昆合灵敏度的微型燃气轮机鲁棒控制方法，其特征在于：该设计包括如 下步骤： (A) 根据微电网频率偏差Af与功率偏差AP的关系式，由此建立微型燃气轮机的传递 函数 Gp(S)^ts:
其中，M为惯性系数，D为阻尼系数，s为拉普拉斯算子； (B) 建立灵敏度函数S和补灵敏度函数T，构造满足约束条件的加权函数WpWyW3 ; (C) 建立微电网广义被控对象的闭环系统传递函数Tzw(s)，进而求取微型燃气轮机的 H…控制器Chinf的传递函数K (s)。
2. 如权利要求1所述的一种基于Hj昆合灵敏度的微型燃气轮机的鲁棒控制方法，其特 征在于，所述步骤（B)中，通过如下公式建立灵敏度函数S和补灵敏度函数T :
其中，Gp(S)为微型燃气轮机的传递函数，K(S)为待求取的H…控制器的传递函数； 构造加权函数WpWyW3，如下式所示：
其中，K1为微型燃气轮机期望的低频增益，K2为W3的放大系数，K 3为W3的放大系数，A 为W3的剪切频率与W1的剪切频率的位置关系参数，为微型燃气轮机期望的剪切频率，s 为拉普拉斯算子。
3. 如权利要求2所述的一种基于Hj昆合灵敏度的微型燃气轮机的鲁棒控制方法，其 特征在于，所述步骤（B)中，所述加权函数的参数Ki、K2、K3、A和须同时满足下述约束条 件： ① K1彡20 ③ A - uTnax ④ |k3| < 1 ⑤ A彡3 其中，为控制量u的上限值，分布式电源和负荷的最大功率波动频率。
4. 如权利要求1所述的一种基于Hj昆合灵敏度的微型燃气轮机的鲁棒控制方法，其特 征在于，所述步骤（C)中，建立如下式的广义被控对象的闭环系统传递函数Tzw(S):
其中，K(S)为待求取的H00控制器的传递函数。
5. 如权利要求1或5所述的一种基于Hj昆合灵敏度的微型燃气轮机的鲁棒控制方法， 其特征在于，所述步骤（C)中，基于2-Riccati方程法并根据控制器的边界条件，求取出如 下所示的H00控制器Chinf的传递函数K(S):
其中，VV CO al、Wa2为传递函数K(S)中的参数变量,且满足CO a2> W al。
6. 如权利要求5所述的一种基于Hj昆合灵敏度的微型燃气轮机的鲁棒控制方法，其特 征在于，所述控制器的边界条件为：
【文档编号】H02J3/24GK104333004SQ201410240651
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】李相俊, 陈金元, 谢巍, 郭光朝, 惠东 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 华南理工大学