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专利号: 2019106156266
申请人: 闽江学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于估计与补偿控制的风光互补发电系统的网络延时抑制方法,其特征在于,具体包括以下步骤:步骤S1:搭建风光互补发电系统;所述风光互补发电系统包括太阳能光伏、永磁同步发电机的风力发电系统、AC/DC整流器、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器和负载;所述太阳能光伏与所述第一DC/DC变换器连接;所述风力发电系统与所述AC/DC整流器连接;所述AC/DC整流器还与所述第二DC/DC变换器连接;所述第一DC/DC变换器和所述第二DC/DC变换器均与所述负载连接;

步骤S2:根据物理学原理以及T-S模型的表达方法,建立风光互补发电系统模型;

步骤S3:设计估计器去估计网络延时的信号摄动,用以使风光互补发电系统网络延时的信号变动被限定在界限内;

步骤S4:设计基于补偿的反馈控制器,用以使网络延时的信号摄动被抑制并实现稳定工作;

其中,所述步骤S3具体步骤如下:步骤S31:建立T—S模糊动态模型,得到:式中,

定义

并假设未知的网络延时摄动是有界的,满足:其中 是正定的标量;参数ui(k)表示系统控制输入;参数 和 均表示系统的参数矩阵;参数 表示II型模糊系统是隶属度函数。参数N表示风光互补发电子系统的个数;参数j表示除子系统i之外所有风光互补发电子系统;参数i表示风光互补发电第i个子系统; 参数w(k)表示系统的扰动;参数k表示第K个时间采样;参数l表示第l个模糊规则;符号“:=”表示的含义是首次定义的方程;

步骤S32:构建一个增广的观测器,用以估计直流微电网系统未知的网络延时摄动,使得误差估计在椭面内是有界的;令 并引入一个辅助矩阵变量由式(7)得出:

式中,

增广的状态向量 在式(9)中由系统状态xi(k)和未知的网络延时摄动ωi(k)组成;为了同步估计系统状态和延时摄动,引入一个增广的模糊观测器,如下所示:式中, Li是一个非奇异矩阵; 是一个辅助状态向量;

式中 是要设计的观测器;参数nxi表示所要设计观测器矩阵的行向量个数;nyi表示所要设计观测器矩阵的列向量个数;ri表示模糊规则的个数;

步骤S33:进一步令:

是一个非奇异矩阵,得:

由式(9)—(13)得出:

由于 是非奇异的,式(10)中的系统模型表示为:式中,

步骤S34:对观测器增益 进行求解:首先考虑以下Lyapunov函数:式中, 是正定矩阵;通过取V(k)的前向差,得:式中, 标量κ>0;

定义正定对称矩阵 矩阵乘积 从式(15)得:

式中,

定义以下索引:

式中,α∈[0,1];

结合式(16)-(20),如果以下不等式成立,则满足J(k)<0;

式中,Θi和Υij(μi)在式(30)中定义;将式(21)通过锥补定理得式(29)中的不等式;

由于J(k)<0,则有

则V(k+1)-1<α(V(k)-1)      (23)从式(23)得到:

k

V(k)<α(V(0)-1)+1,       (24)令矩阵乘数 如下,用以将非线性矩阵不等式(21)转换为线性矩阵不等式的凸优化问题,式中, 是一个非奇异矩阵;

通过把式(25)代入到式(21),定义 并提取模糊前件变量得:其中 参数Pi表示李雅普诺夫函数的矩阵;

并且

当控制系统的初始条件为零时,得:式中,

最后根据正定对称矩阵 矩阵乘积矩阵 和正定标量α∈[0,1]。

求解矩阵不等式,则闭环系统(15)中系统状态的可达集是有界的:式中,

并且,估计误差满足以下范围,

2.根据权利要求1所述的一种基于估计与补偿控制的风光互补发电系统的网络延时抑制方法,其特征在于:所述步骤S2具体步骤如下:步骤S21:建立采用DC/DC转换器的太阳能光伏即PV发电系统动态模型,如公式(1)所示:式中,Vpv,iL,V0分别为PV的阵列电压、电感L上的电流、电容C0的电压;R0,RL,RM分别为电容C0、电感L、功率MOSFET上的内阻;VD是功率二极管的正向电压;i1表示太阳能发电系统的可测量的负载电流;

步骤S22:建立具有永磁同步发电机的风力发电系统的动态模型,由下式给出:式中,Lq和Ld是d-q轴上的定子电感;iq和id是d-q轴上的定子电感;i2表示风力发电系统的可测量的负载电流;ψm是定子绕组磁链;Rs是定子电阻;P是极数;ρ是空气密度;v是风速的立方;Cp是功率系数;A是扫掠面积;ωe是电机角速度;J是旋转系统的惯性;

步骤S23:建立有PV和具有永磁同步发电机的风力发电系统的直流微电网模型;

通过戴维南定理得:

假设ipv=1.1iL,0.8iL=i1,0.8iq=i2,v=ωe,并由式(1)-(3)得直流微电网模型如下:式中,ui(t)是控制信号输入,和

通过如下的取值范围iL=(1.1A,1.5A),Vpv=(10.3V,9.2V),iq=(1.3A,1.0A),id=(0.4A,0.1A), Vdc=(13.9V,9.8V)来线性化非线性互连系统(4),获得T-S模糊模型如下:规则 如果(iL,Vpv)是(1.1A,10.3V),那么规则 如果(iL,Vpv)是(1.1A,9.2V),那么规则 如果(iL,Vpv)是(1.5A,10.3V),那么规则 如果(iL,Vpv)是(1.5A,9.2V),那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么规则 如果(iq,id,ωe,Vdc)是 那么

3.根据权利要求1所述的一种基于估计与补偿控制的风光互补发电系统的网络延时抑制方法,其特征在于:所述步骤S4具体步骤如下:步骤S41:构建一个分布式模糊补偿控制器如下,用以使未知的网络延时摄动ωi(k)能够被抑制;

式中, 和 是要

设计的模糊控制器增益;

将式(32)代入到(7)中产生以下闭环模糊控制系统:式中,

步骤S42:根据以下Lyapunov函数:式中, 是正定矩阵;通过采取前向差分V(k),得:定义正定对称矩阵 和矩阵乘数 由式(33)得出:

式中,

由 定义以下索引:

其中,β∈[0,1]

结合式(35)-(37),如果以下不等式成立,则满足J(t)<0;

其中 在式(41)中已定义;

定义 和 通过对

式(38)使用锥补定理,并提取前件变量,得如下闭环控制系统的可达集求解:给出正定对称矩阵 矩阵乘数 矩阵和正定标量β∈[0,1];如果以下矩阵不等式成立,则系统在公式(33)中状态的可达集是有界的:式中,

并且,系统状态满足以下范围,式中,