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申请/专利权人：昆明理工大学

摘要：本发明公开一种柴油发电机组与储能逆变器协同控制参数的寻优方法，首先将孤网系统中各个元件的哈密顿模型进行集合，在此基础上增加附加控制并设置附加控制中的阻尼矩阵参数，通过单变量法找到一个设备参数的近似最优范围，进一步通过双变量仿真法找到其它设备参数的最优范围，从而获得参数的最优协同控制范围；本发明方法避免了复杂系统理论寻优计算的困难，具有简单、实用的优点；本发明也适用于其它有类似结构的新能源分布式供电系统中。

主权项：1.一种柴油发电机组与储能逆变器协同控制参数的寻优方法，其特征在于，首先集合孤网系统各个元件的哈密顿模型，在模型基础上实施附加控制并设置附加控制的阻尼矩阵参数，通过单变量和双变量仿真法获取协同控制参数的优化组合；具体包含以下步骤：步骤一：系统模型集合1柴油发电机组哈密顿模型 上式中JCy为柴油发电机组结构矩阵；RCy为柴油发电机组阻尼矩阵；gCy为柴油发电机组输入渠道矩阵；uC为柴油发电机组输入控制矩阵；HC为柴油发电机组哈密顿函数，其表达如下： 其中：y＝[y1y2y3y4y5]，y1为柴油机执行器位移；y2为执行器运动速度；y3为发电机角速度的相对值，即y3＝Δω＝ω-1，ω为角速度；y4为发电机功角δ，rad；y5为发电机q轴暂态电势Eq'；以上没有标明单位的变量均为标么值；为执行器质量；为柴油机执行器参数；Us为母线电压；Xd∑和x′d分别为发电机d轴等值电抗和同步电抗；Xd∑′为发电机d轴次同步等值电抗；Xq∑和Xq为q轴等值电抗和同步电抗；Xf为发电机励磁绕组电抗；Xad为发电机d轴电枢反应电抗，Tj为发电机惯性时间参数，以上参数均采用标么值；ωB为转子角速度基值，ωB＝314.15rads；式1中： 以上三个矩阵中的参数说明如下： 为柴油机执行器等值刚度系数；为控制器参数；为柴油机力矩参数；和为柴油机结构参数；xnl为柴油机空载位移；Td0'为发电机时间参数；为执行器的输入；Ef为发电机励磁电势；D为发电机等效阻尼系数；以上参数均为标么值；2逆变器哈密顿模型逆变器采用虚拟发电机模型，其哈密顿函数为： 上式中x为逆变器虚拟发电机的变量矩阵；HLB为逆变器哈密顿函数，JLBx为逆变器虚拟发电机结构矩阵；RLBx为逆变器虚拟发电机阻尼矩阵；gLBx为逆变器虚拟发电机输入渠道矩阵；uLB为逆变器虚拟发电机输入控制矩阵；HLB表达式如下： 其中：x＝[x1x2x3x4x5]为逆变器的变量，x1为逆变器虚拟发电机的功角φ，单位rad；x2为逆变器虚拟发电机角速度ω，x2＝ω；x3为逆变器虚拟发电机定子d轴电流id，x3＝id；x4为逆变器虚拟发电机定子q轴电流，x4＝iq；x5为逆变器虚拟发电机的转子内电势增量ΔE，x5＝ΔE＝E-E0，E为内电势，E0是内电势初值；TB为逆变器虚拟发电机的惯性时间常数；XL和XC是逆变器交流侧电感和电容折算到d、q坐标下的标么电抗；TE为励磁系统时间常数；ut为输出的端电压；以上未注明单位的量取标么值；式3中： 以上矩阵中的参数说明如下：ωB为逆变器虚拟发电机转子角速度基值，ωB＝314.15rads；ωref为逆变器虚拟发电机角速度参考值；DLB为逆变器虚拟发电机阻尼系数；bp为有功下垂系数；bQ为无功下垂系数；R为定子每相绕组电阻；pref为逆变器虚拟发电机有功参考值；Qref为逆变器虚拟发电无功参考值；KE是逆变器虚拟发电机励磁增益系数；ZQ为中间计算值，ωin为逆变器虚拟发电机角速度输入控制量；utin为逆变器虚拟发电机输入控制电压；3异步电动机的哈密顿模型异步电动机按照感应电机建模，其哈密顿模型： 上式中z为异步电动机变量矩阵；HD为异步电动机的哈密顿函数，JDz为异步电动机结构矩阵；RDz为异步电动机阻尼矩阵；gDz为输入渠道矩阵；uD为输入控制矩阵；异步电动机哈密顿函数HD的表达式为： 其中：z＝[z1z2z3]，z1为电动机转子角速度ωr，z1＝ωr；z2为电动机转子d轴暂态电压vd′，z2＝vd′；z3为电动机q轴暂态电压vq′，z3＝vq′；Tj为电动机惯性时间常数；ids、iqs分别是定子d、q轴绕组电流；Xs、Xs′分别为定子绕组电抗和暂态电抗；ωs为电动机定子角速度；以上各个量均为标么值；式5中： 其中：Rs为定子电阻；ωB为电动机角速度基值，ωB＝314.15rads；T′0为电动机暂态开路时间常数，秒；us为电动机输出电压标么值；ωs为电动机定子角速度标么值；4模型集合将上面三个元件的哈密顿模型集合在一起，得到一个13阶的系统模型，用分块矩阵表示如下，其中下标C表示柴油发电机组状态变量，下标LB表示逆变器虚拟发电机状态变量，下标D表示电动机状态变量； 其中：uC为柴油发电机组控制输入；uLB为逆变器虚拟发电机控制输入；uD为电动机控制输入；7用标准形式表示为： 其中整体孤网系统的哈密顿函数H为：H＝HC+HLB+HD9步骤二：设置附加控制参数对系统8施加附加控制α，设加入附加控制α后系统的控制为w，则w＝u+α，根据哈密顿结构修正理论，设Jax为反对称结构修正矩阵，Rax为对称阻尼修正矩阵，经过修正后的结构矩阵为Jdx，阻尼矩阵为Rdx，即：Jdx＝Jx+Jax，Rdx＝Rx+Rax，则哈密顿系统式8等价变换为： 上式α即为所施加的附加控制的表达式，也即是控制律；附加控制通过设置矩阵Ra和Ja实现，式12中的阻尼矩阵Ra为： 上式中下标α-C表示对柴油发电机组实施的附加控制；α-LB表示对逆变器实施的附加控制；α-D表示对异步电动机实施的附加控制，令Ja＝0；选择阻尼修正矩阵如下： 其中：Ra-C为柴油发电机组阻尼修正矩阵；Ra-LB为逆变器虚拟发电机阻尼修正矩阵；Ra-D为异步电动机阻尼修正矩阵；步骤三：控制律计算根据式12给出的附加控制α，将柴油发电机组的模型1和哈密顿函数9代入计算得到控制如下： 同理，将逆变器模型3和哈密顿函数9代入附加控制α的表达式12，计算得到逆变器的附加控制如下： 式14中：A＝pref+D+bpωref，其它符号已在前述中说明；步骤四：寻优过程将所获得的柴油发电机组和逆变器的附加控制13、14集合在一起，写成矩阵形式如下： 寻优过程具体步骤如下：1采用单变量法确定其中一个参数范围定义母线频率变化曲线的第一周期的正向峰值和反向峰值曲线分别叫做第一峰值和第一峰谷，采用单变量方法，给定rLB＝a，试算选取rC＝[bc]，其中，a、b、c为任意有理数，仿真计算母线频率第一峰值曲线、第一峰谷曲线，观察母线频率第一峰值曲线的最小值和第一峰谷曲线的最大值是否包含在其中，如果出现，则这个最小和最大值代表母线频率幅值振荡的正向和反向的极小值，如果不出现，重新给定更大的rC范围，直到出现这两个值，此时读取两个极值对应的rC区间，设为rC＝[mn]，m、n为有理数；2采用双变量法仿真确定参数的优化组合采用双变量法，取步骤1获得的rC＝[mn]，取rLB＝[de]，d、e为有理数，进一步仿真获得rC-rLB-第一峰值、rC-rLB-第一峰谷的两张三维图，根据分布式电网对母线频率波动指标的要求，找到两张三维图中满足母线频率在波动指标要求以下的区间，则对应的rC和rLB区间的并集即为协同控制参数的最优组合。

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