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申请/专利权人：陕西理工大学

摘要：本发明公开了应用于光伏混合储能系统的自抗扰控制方法，首先，在传统自抗扰控制基础上，提出了新的自抗扰控制策略，主要改进为，在观测器中引入总扰动微分并进行降阶处理，形成新型扩张状态观测器；在状态误差反馈律中结合反步设计理论和滑模控制理论组成反步互补滑模控制方法代替PD控制，然后，将储能变流器电压外环以及双向DCDC变换器电流内环改为新的自抗扰控制策略。本发明的控制方法能更好的减小直流母线电压波动的幅值和暂态时间，提高储能系统输出功率的响应速度，并使得光伏并网功率更为平滑，光伏混合储能系统的整体性能得到提升。

主权项：1.应用于光伏混合储能系统的自抗扰控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、储能系统数学模型建立；步骤1.1、建立PCS的数学模型；所述步骤1.1具体为，将光伏混合储能系统分为前级部分和后级部分两部分，其中前级部分包括PCS与配电网，具体包括滤波电路L和C、电路等效电阻R、交流侧电流ia、ib、ic、电网侧电压ea、eb、ec、PCS交流侧相电压ua、ub、uc、PCS开关管T1-T6、直流侧稳压电容Cdc、直流母线电压udc、PCS直流侧输出电流之和iout，定义Sk为晶闸管工作状态的开关函数如下： 根据基尔霍夫定律及park变换求得PCS在两相旋转d-p坐标系下的数学方程为： 式2中，ω为电网电压的角频率，vd、id、Sd分别为PCS交流侧在d轴上的电压、电流、开关函数；vq、iq、Sq分别为PCS交流侧在q轴上的电压、电流、开关函数；ed、eq分别为电网侧电压在d轴和q轴上的分量；步骤1.2、建立双向DCDC变换器的数学模型；所述步骤1.2具体为：光伏混合储能系统后级部分包括蓄电池、超级电容、光伏阵列和DCDC电路，其中蓄电池和超级电容DCDC电路的滤波电感分别为Lb和Lc、蓄电池侧电流和电压为isb、usb、超级电容侧电流和电压分别为isc、usc，光伏阵列输出电流为ipv、双向DCDC变换器开关管包括Tb1、Tb2、Tc1、Tc2、直流侧稳压电容Cdc、PCS直流侧输出电流之和为iout，开关管Tb1、Tb2互补导通，开关管Tc1、Tc2互补导通，定义Tb1的导通占空比为d1，定义Tc1的导通占空比为d2，系统的状态空间平均方程为： 步骤2、设计自抗扰控制方法；步骤2.1、改进扩张状态观测器设计；所述步骤2.1具体为：对于一个控制对象，将控制对象抽象成如下二阶微分方程的形式： 对于如式4所示二阶系统，y为系统的输出，u为系统的输入控制，b为控制量的增益，f为系统的内外总扰动，在实际的运算中无法准确给出b的值，因此，定义yref为输出目标值，定义e＝yref-y，式4变换为： 式5中，fd为新的总扰动，满足定义状态变量x1＝e、x3＝fd，系统的状态方程为： 定义z1-z3为x1-x3的观测值，ω为观测器带宽，针对式6所示状态方程设计扩张状态观测器ESO为： 式7对系统的状态变量和扰动存在不完全估计，需要加入总扰动微分的观测产生早期修正信号对ESO进行改进，改进的ESO为： 对式8进行降阶处理得： 式9中变量ψ2、ψ3、ψ4满足: 步骤2.2、基于反步互补滑模的状态误差反馈律设计；所述步骤2.2具体为：对误差e求导得： 定义虚拟控制变量p为： 式12中，a为常数，定义Lyapunov函数V1为： 对式13求导并联立式11和式12得： 令k为常数，则有式14变为： 当p收敛至0时，系统稳定，为使p能够快速收敛，设计互补滑模如下：定义广义滑模面为： 设计与δg正交的互补滑模面为： 式16、式17中，η为常数，滑模面δ满足δ＝δg+δc、定义Lyapunov函数V为： 对式18求导，得到： 若则负正定，系统稳定，求得等效控制律ueq为： 为使闭环系统状态变量在有限时间内到达滑模面，选用指数趋近律，传统的指数趋近律如式21所示： 式21中，sgn.为符号函数，ε、q为常数，由于传统指数趋近律ε选取过大会使得到达切换面的速度过快导致系统产生较大的抖振，ε选取过小又会使收敛速度过慢增加调节过程时间，针对这一问题，设计新的趋近律为： 基于式22所设计的切换控制律usw为： 联立式20和式23得输入控制u为： 式24中，u0＝gδsgnδ+qδ+k+ηz2+kηx1；步骤3、设计储能系统控制方法：步骤3.1、PCS改进自抗扰设计；所述步骤3.1具体为：对式2中的udc求二阶导得： 式25中，对比式4所示自抗扰范式和步骤1.1所述系统可知，vdc为系统的输出y，id为系统的输入控制u，为系统的输入控制增益b，为系统的内外总扰动f，PCS电压外环满足自抗扰控制条件；因此，PCS电压外环采用自抗扰控制，定义PCS电压外环输出目标值为vref，PCS的电流内环采用PI控制方法；步骤3.2、双向DCDC变换器电流内环设计；所述步骤3.2具体为：对式3进行小信号建模，Tb1的导通占空比为d1-蓄电池侧电流isb的传递函数Gbds，Tc1的导通占空比为d2-超级电容侧电流isc的传递函数Gcds为： 根据二阶自抗扰范式，将式26改写为： 式27中，与PCS电压外环相同，对比式4所示自抗扰范式和步骤1.2所述系统可知，λ1、λ2分别为蓄电池侧和超级电容侧电流内环的输入控制增益，θ1、θ2分别为蓄电池侧和超级电容侧电流内环的内外总扰动，双向DCDC变换器电流内环满足自抗扰控制条件；定义蓄电池和超级电容的参考功率目标值分别为Pb、Pc，光伏混合储能系统的工作方式为Ppv＝Pload-Pgrid时，Pb、Pc分别表示为： 当光伏混合储能系统的工作方式为Pload＝Ppv+Pbat时，Pb、Pc分别表示为： 式28、式29中Tc和Tb为滤波时间常数。

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