一种基于混合灵敏度的微电网频率h∞控制方法
【专利摘要】本发明提出一种基于混合灵敏度的微电网频率H∞控制方法，包括如下步骤：设定微电网频率偏差Δf与功率偏差ΔP的关系式，由此建立被控对象的传递函数；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，进而获取H∞控制器的传递函数；通过H∞控制器的传递函数求解获得MT控制器和ES控制器。该方法可根据微电网性能要求设计控制器并能够快速获取H∞控制器的控制参数，有效提高了微电网系统的鲁棒稳定性、动态性能和抗干扰能力。
【专利说明】-种基于混合灵敏度的微电网频率HcJ空制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于鲁棒控制技术，具体涉及一种基于混合灵敏度的微电网频率H00控制 方法，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、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。频率的稳定性是评估电能质量好坏的重要 指标，控制微电网频率的稳定尤其重要。
[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)、可再生的光伏发电系统（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。对于微电网频率的控制，Frequency control in micro-grid power system combined with electrolyzer system and fuzzy PI controller(Journal of Power Sources，180(2008) :468-475) -文中提出了一种模糊PID控制的方法，然而该 控制器设计存在中间转换过程多，模糊PID控制隶属度函数经验性强、控制规则复杂、鲁棒 性不强等问题。H °〇混合灵敏度是鲁棒控制的一个重要的分支，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。
[0004] 因此，本发明提出一种将Hj昆合灵敏度控制方法应用到微电网频率控制中的方 法。
【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混合灵敏度的微电网 频率的H控制方法，本发明将先进的鲁棒控制技术应用到微电网频率控制中，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] -种基于混合灵敏度的微电网频率H00控制方法，包括如下步骤：
[0008] (A)设定微电网频率偏差Λ f与功率偏差Λ P的关系式，由此建立被控对象的传递 函数Gp (S):
【权利要求】
1. 一种基于混合灵敏度的微电网频率H00控制方法，其特征在于：该方法包括如下步 骤： (A) 设定微电网频率偏差Af与功率偏差ΛΡ的关系式，由此建立被控对象的传递函数 Gp(s):
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)，进而获取H00控制器Chinf的 传递函数K(s); (D) 通过H控制器Chinf的传递函数求解获得微型燃气轮机控制器Chinfl和电解槽控制 Chinf2O
2. 如权利要求1所述的一种基于混合灵敏度的微电网频率H00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)为被控对象的传递函数，K(S)为H00控制器的传递函数； 构造加权函数A、W2、W3 :
其中，K1为被控对象期望的低频增益，K2为W3的放大糸数，K3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，ω。为被控对象期望的剪切频率，s为拉普拉 斯算子。
3. 如权利要求2所述的一种基于混合灵敏度的微电网频率H00控制方法，其特征在于， 所述步骤⑶中，所述加权函数的参数I、Κ2、Κ3、Α和ω。须同时满足下述约束条件： ①K1彡20 _ωΓ ^ ② 叫 ③④Ik3I< 1⑤A彡3 umax 其中，Umax为控制量U的上限值，COdS分布式电源和负荷的最大功率波动频率。
4. 如权利要求1所述的一种基于混合灵敏度的微电网频率H00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H00控制器的传递函数。
5. 如权利要求1或4所述的一种基于混合灵敏度的微电网频率H00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) : /φ) = 丄、、 P十ωα1八-s十⑴a2j WiS 所述控制器的边界条件为<1 WJ j CO 其中，VVwa^wa2为参数变量，且COa2 > (〇al。
6. 如权利要求5所述的一种基于混合灵敏度的微电网频率H00控制方法，其特征在于， 所述步骤（D)中，求解Chinfl和Chinf2的方法包括如下步骤： (Dl)令H00控制器Chinf中Id1和k满足下述约束条件，并根据所述约束条件求解出参数 变量kal和ka2: kai+ka2 =Id1 kal ω a2+ka2 ω al = b〇 (D2)通过参数变量kal和wal，求得微型燃气轮机控制器Chinfl : (D3)通过 参数变量ka2和wa2，求得电解槽控制器Chinf2 :CWf
【文档编号】H02J3/24GK104319771SQ201410241151
【公开日】2015年1月28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, 王立业, 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