网络系统同步输出调节及其在微电网中的应用

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网络系统是对现实世界中各种多节点协同工作物理现象的抽象。随着网络系统理论自身的发展,现代生产生活中越来越多的物理现象以及工作模式可以用网络加以描述,如机器人协同控制、交直流混合微电网分布式控制、车辆编队等等。网络输出同步调节可以理解为输出调节理论在网络上的一个拓展,其目的是使网络中各个节点最终的同步轨迹到达给定的参考信号之上。本文通过深入研究网络系统的同步输出调节理论,从两种不同的角度提出了可以应对不可建模噪声的输出调节算法以及针对跟踪周期信号的同步输出调节算法。随后,以实验室硬件实验平台和硬件在环仿真设备为载体,将网络理论以及同步输出调节算法运用到了交流微电网和直流微电网之中。论文的主要研究内容如下:一、在经典输出调节算法中,无论是采用前馈控制抑或是内模控制,其待跟踪或待抑制的信号总设定为可建模的。换言之,信号由一个已知的自治系统来产生。而在实际的工程应用当中,许多噪声信号往往是随机并不可建模的,这就对现有的输出调节方法提出了挑战。本文通过将H∞理论运用到了输出调节控制器的设计之中,在跟踪、抑制可建模信号的同时,对不可建模的噪声进行有效抑制。为了方便工程上的应用,我们给出了基于线性矩阵不等式的解法。二、网络系统中各节点实现同步输出调节的充要条件即是各个节点都含有对应参考信号的内模。参考信号自治系统中系统矩阵的维度决定了分布式控制器的维度。当目标网络的待跟踪信号为一般的周期信号时,其自治系统的高维度可能会导致控制器的难以实现。本文提出了一种基于重复控制的同步输出调节算法,它能有效针对各种固定周期的参考信号实现同步输出调节。在此控制算法的稳定性分析中,我们运用了将系统分为网络和连边的分块思想。三、在交流微电网中,随着新能源发电节点比例的增加,其较为频繁的投切特性对并网逆变器的无缝切换控制算法提出了更高的要求。本文从同步输出调节的思想出发,分析并设计了针对并网逆变器的无缝切换算法。在此算法中,逆变器自身和电网被看成网络里面的两个节点。逆变器的内部控制器是恒定不变的,模式切换仅仅需要改变外部的模式指令。随后本文通过设计样机验证了这一算法的有效性和优越性。四、在直流微电网中,随着网络的电力电子化,网络中电力电子变流器和负载的频繁投切对传统的直流电网稳定分析带来了挑战。基于网络理论中节点和动态连边的分块思想,我们将直流微电网系统分成了可控的变流器节点以及不可控的电网络连边,节点和连边通过反馈互联耦合在一起。通过输出调节理论以及内模原理,各个变流器都包含相应内模的时候,在反馈互联系统稳定的情况下,各个变流器便能无缝跟踪相应电压和电流。通过运用无源理论的相关结论,设计了针对不同DCDC变流器的端口无源化方法,保证了直流电网的稳定性。此种设计的好处在于其有着较强的鲁棒性,即无论变流器和负载的如何投切,直流微电网系统总能够保持稳定。
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