自主切换线性约束系统优化控制及其应用研究

发布时间：2017-10-15 10:36

  本文关键词：自主切换线性约束系统优化控制及其应用研究

  更多相关文章： 切换系统 切换控制 约束优化控制 滚动时域控制 储能功率均衡控制

【摘要】：在分布式电网储能系统中,需要补偿的电网功率具有不确定性和不可控性,由蓄电池、超级电容器等组成的储能系统功率均衡过程成为一个自主切换充放电过程;同时,各个储能装置的储能容量与瞬时均衡功率等具有物理约束,荷电量和充放电特性等运行状态也各异。这些特性对储能系统功率均衡操作及其切换控制理论提出了新的挑战。本文以储能功率均衡过程切换控制为背景,在总结现有切换控制理论成果基础上,重点研究具有任意切换信号作用的自主切换线性约束系统优化控制方法,及其在储能功率均衡切换过程的应用。本文的主要工作和成果如下:1.研究了自主切换线性约束系统的镇定与优化控制问题。采用公共控制Lyapunov函数概念,设计了带可调参数的切换镇定控制器;结合系统约束和性能指标实现了切换镇定控制器的滚动优化再设计。在理论上,严格证明了该切换控制器对任意切换信号的一致渐近稳定性、逆最优性和一致扇形裕度(0.5,∞)。数值仿真结果验证了理论结果的正确性。2.研究了不确定自主切换线性约束系统的鲁棒优化控制问题。通过计算不确定切换控制系统的公共鲁棒控制Lyapunov函数,提出了具有自由参数的切换鲁棒镇定控制器设计方法。在理论上,证明了该切换控制器对任意切换信号和状态限界不确定扰动具有一致鲁棒稳定性、逆最优性和一致鲁棒扇形裕度(0.5,∞)。进一步,实现了该切换控制律的滚动优化再设计和鲁棒性分析。通过DC-DC切换控制仿真试验,验证了理论结果的正确性。3.研究了单储能系统功率均衡过程的切换控制问题,提出了储能功率自主切换控制器设计方法。以储能器件荷电量状态表示充放电功率均衡过程变量,应用能量守恒定理,建立了单储能系统功率均衡切换数学模型;考虑储能器件自放电率、充电效率和放电效率等模型参数摄动,建立了单储能系统功率均衡不确定切换模型;应用前述理论结果,设计了单储能系统充放电功率自主切换控制器和鲁棒自主切换控制器。通过典型功率型储能器件——超级电容的功率均衡自主切换控制实验,仿真验证了该功率控制器的良好性能。4.研究了混合储能系统(HESS)功率均衡过程切换控制问题,提出了混合功率自主切换滚动优化控制器设计方法。通过建立HESS充放电过程荷电量连续时间切换模型、储能单元功率均衡约束模型和性能优化函数,提出了一种用以平抑可再生能源输出功率波动的HESS功率自主切换滚动优化控制方法。与线性二次型最优控制结果比较表明:功率自主切换滚动优化控制器不仅可以显著抑制分布式电网输出功率波动,而且HESS各储能单元满足功率均衡过程约束条件,实现了HESS对可再生能源输出功率波动的平抑目标。5.最后,对全文进行总结,并对进一步的研究提出一些展望。
【关键词】：切换系统 切换控制 约束优化控制 滚动时域控制 储能功率均衡控制
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 研究背景与意义12-14
• 1.2 储能系统充放电功率均衡切换控制14-16
• 1.2.1 储能系统常见储能装置14-15
• 1.2.2 储能系统功率均衡控制方法15-16
• 1.3 切换系统研究现状16-20
• 1.3.1 自主切换系统（鲁棒）稳定性分析与设计16-18
• 1.3.2 受限切换系统的（鲁棒）稳定性分析与设计18-19
• 1.3.3 受迫切换系统的（鲁棒）稳定性分析与设计19-20
• 1.4 本文研究内容20-22
• 第2章 基础知识回顾22-30
• 2.1 切换动态系统22-23
• 2.2 稳定性与Lyapunov定理23-26
• 2.2.1 非切换系统稳定性与Lyapunov定理23-25
• 2.2.2 切换系统稳定性与Lyapunov定理25-26
• 2.3 控制Lyapunov函数26-28
• 2.3.1 标称系统控制Lyapunov函数与Sontag公式26-27
• 2.3.2 不确定系统控制Lyapunov函数与Freeman公式27-28
• 2.4 滚动时域控制28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 自主切换线性约束系统镇定与优化控制30-48
• 3.1 引言30-31
• 3.2 问题描述31
• 3.3 自主切换系统的无约束镇定控制31-35
• 3.4 自主切换系统的约束镇定控制35-36
• 3.5 自主切换约束系统的滚动优化控制36-41
• 3.6 公共Lyapunov函数的计算41-42
• 3.7 算例仿真42-46
• 3.8 本章小结46-48
• 第4章 自主切换不确定线性约束系统鲁棒优化控制48-70
• 4.1 引言48
• 4.2 问题描述48-50
• 4.3 公共鲁棒控制Lyapunov函数50-51
• 4.4 参数不确定切换系统鲁棒镇定控制51-54
• 4.5 参数不确定切换系统鲁棒优化控制54-60
• 4.6 算例仿真60-68
• 4.7 本章小结68-70
• 第5章 单储能系统充放电功率自主切换优化控制70-82
• 5.1 引言70
• 5.2 单储能系统充放电功率切换过程建模70-72
• 5.3 单储能系统充放电功率自主切换控制器设计72-74
• 5.3.1 名义储能系统功率自主切换控制器设计72-73
• 5.3.2 不确定储能系统功率自主切换控制器设计73-74
• 5.4 实例仿真与结果分析74-80
• 5.4.1 名义储能系统功率自主切换控制74-77
• 5.4.2 不确定储能系统功率自主切换控制77-80
• 5.5 本章小结80-82
• 第6章 混合储能系统功率均衡过程自主切换优化控制82-96
• 6.1 引言82-83
• 6.2 混合储能系统功率均衡过程模型83-86
• 6.2.1 储能系统荷电量模型83-84
• 6.2.2 储能功率均衡约束模型84-85
• 6.2.3 储能功率均衡优化模型85-86
• 6.3 混合储能功率均衡过程自主切换滚动优化控制86-90
• 6.4 实例仿真与结果分析90-95
• 6.5 本章小结95-96
• 第7章 总结与展望96-98
• 7.1 总结96-97
• 7.2 展望97-98
• 参考文献98-108
• 致谢108-110
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果110-111

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本文编号：1036646