自主切換線性約束系統(tǒng)優(yōu)化控制及其應(yīng)用研究.pdf

1、在分布式電網(wǎng)儲能系統(tǒng)中，需要補償?shù)碾娋W(wǎng)功率具有不確定性和不可控性，由蓄電池、超級電容器等組成的儲能系統(tǒng)功率均衡過程成為一個自主切換充放電過程;同時，各個儲能裝置的儲能容量與瞬時均衡功率等具有物理約束，荷電量和充放電特性等運行狀態(tài)也各異。這些特性對儲能系統(tǒng)功率均衡操作及其切換控制理論提出了新的挑戰(zhàn)。
　　本文以儲能功率均衡過程切換控制為背景，在總結(jié)現(xiàn)有切換控制理論成果基礎(chǔ)上，重點研究具有任意切換信號作用的自主切換線性約束系統(tǒng)優(yōu)化控制

2、方法，及其在儲能功率均衡切換過程的應(yīng)用。本文的主要工作和成果如下:
　　1.研究了自主切換線性約束系統(tǒng)的鎮(zhèn)定與優(yōu)化控制問題。采用公共控制Lyapunov函數(shù)概念，設(shè)計了帶可調(diào)參數(shù)的切換鎮(zhèn)定控制器;結(jié)合系統(tǒng)約束和性能指標(biāo)實現(xiàn)了切換鎮(zhèn)定控制器的滾動優(yōu)化再設(shè)計。在理論上，嚴(yán)格證明了該切換控制器對任意切換信號的一致漸近穩(wěn)定性、逆最優(yōu)性和一致扇形裕度(0.5，∞)。數(shù)值仿真結(jié)果驗證了理論結(jié)果的正確性。
　　2.研究了不確定自主切換線性

3、約束系統(tǒng)的魯棒優(yōu)化控制問題。通過計算不確定切換控制系統(tǒng)的公共魯棒控制Lyapunov函數(shù)，提出了具有自由參數(shù)的切換魯棒鎮(zhèn)定控制器設(shè)計方法。在理論上，證明了該切換控制器對任意切換信號和狀態(tài)限界不確定擾動具有一致魯棒穩(wěn)定性、逆最優(yōu)性和一致魯棒扇形裕度(0.5，∞)。進一步，實現(xiàn)了該切換控制律的滾動優(yōu)化再設(shè)計和魯棒性分析。通過DC-DC切換控制仿真試驗，驗證了理論結(jié)果的正確性。
　　3.研究了單儲能系統(tǒng)功率均衡過程的切換控制問題，提出了

4、儲能功率自主切換控制器設(shè)計方法。以儲能器件荷電量狀態(tài)表示充放電功率均衡過程變量，應(yīng)用能量守恒定理，建立了單儲能系統(tǒng)功率均衡切換數(shù)學(xué)模型;考慮儲能器件自放電率、充電效率和放電效率等模型參數(shù)攝動，建立了單儲能系統(tǒng)功率均衡不確定切換模型;應(yīng)用前述理論結(jié)果，設(shè)計了單儲能系統(tǒng)充放電功率自主切換控制器和魯棒自主切換控制器。通過典型功率型儲能器件——超級電容的功率均衡自主切換控制實驗，仿真驗證了該功率控制器的良好性能。
　　4.研究了混合儲能系

5、統(tǒng)(HESS)功率均衡過程切換控制問題，提出了混合功率自主切換滾動優(yōu)化控制器設(shè)計方法。通過建立HESS充放電過程荷電量連續(xù)時間切換模型、儲能單元功率均衡約束模型和性能優(yōu)化函數(shù)，提出了一種用以平抑可再生能源輸出功率波動的HESS功率自主切換滾動優(yōu)化控制方法。與線性二次型最優(yōu)控制結(jié)果比較表明:功率自主切換滾動優(yōu)化控制器不僅可以顯著抑制分布式電網(wǎng)輸出功率波動，而且HESS各儲能單元滿足功率均衡過程約束條件，實現(xiàn)了HESS對可再生能源輸出功率波