提高電能品質(zhì)和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的V2G系統(tǒng)非線性控制器設(shè)計(jì)分析

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提高電能品質(zhì)和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的V2G系統(tǒng)非線性控制器設(shè)計(jì)分析

插電式混合動(dòng)力汽車在有效減少碳排放的同時(shí)還可以為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)，其通過(guò)充電接口可以進(jìn)行充電操作并對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行放電操作。插電式混合動(dòng)力汽車的這一特點(diǎn)使現(xiàn)代電力系統(tǒng)的能源管理策略面臨一系列機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在車輛到電網(wǎng)（V2G）系統(tǒng)中，插電式混合動(dòng)力汽車的電池組扮演分布式能源的角色。V2G系統(tǒng)中，電池組的突然放電會(huì)引起電網(wǎng)中電壓變化而導(dǎo)致電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定性問(wèn)題。此外，電子逆變器作為插電式混合動(dòng)力汽車電池組與電網(wǎng)之間的接口單元，其有效的切換方案是保持整個(gè)電力系統(tǒng)電能品質(zhì)和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。對(duì)此，設(shè)計(jì)了一個(gè)高性能非線性控制器，其可以提高V2G系統(tǒng)中的電能品質(zhì)以及電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，并將其與常用的比例積分控制器進(jìn)行比較。

文中指出，進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)之前需要建立V2G系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。由于電池模型是V2G系統(tǒng)的主要組成部分，因而需要選取合適的電池模型。基于切勞洛在2000年提出的電池模型改進(jìn)得到所需的電池模型，給出了改進(jìn)后的電池模型結(jié)構(gòu)圖。之后給出了車輛到電網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，即V2G系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。由于所給出的控制器要求V2G系統(tǒng)的內(nèi)部動(dòng)態(tài)具有穩(wěn)定性，因而需要將系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為部分線性和自治的穩(wěn)定系統(tǒng)。將之前得到的V2G系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型通過(guò)反饋線性化變換轉(zhuǎn)化為一個(gè)非線性多輸入、多輸出系統(tǒng)方程。控制器設(shè)計(jì)共分為以下3步：①非線性坐標(biāo)變換和V2G系統(tǒng)的部分線性化；②推導(dǎo)設(shè)計(jì)控制規(guī)律；③V2G系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析。文中對(duì)上述每個(gè)步驟進(jìn)行了詳細(xì)描述。最后，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試系統(tǒng)對(duì)所提出的控制器進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，與常用的比例積分控制器相比，所設(shè)計(jì)的非線性控制器在提高電能品質(zhì)和整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性方面具有較好的表現(xiàn)。

M.A.Mahmud et al. Preprints of the 19th World Congress The International Federation of Automatic Control Cape Town, South Africa August 24-29, 2014.

編譯：王祥