發(fā)布時間：2017-10-15 10:36

  本文關鍵詞：自主切換線性約束系統(tǒng)優(yōu)化控制及其應用研究

  更多相關文章： 切換系統(tǒng) 切換控制 約束優(yōu)化控制 滾動時域控制 儲能功率均衡控制

【摘要】：在分布式電網儲能系統(tǒng)中,需要補償?shù)碾娋W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,在總結現(xiàn)有切換控制理論成果基礎上,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)化控制方法,及其在儲能功率均衡切換過程的應用。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,設計了帶可調參數(shù)的切換鎮(zhèn)定控制器;結合系統(tǒng)約束和性能指標實現(xiàn)了切換鎮(zhèn)定控制器的滾動優(yōu)化再設計。在理論上,嚴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)值仿真結果驗證了理論結果的正確性。2.研究了不確定自主切換線性約束系統(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,提出了儲能功率自主切換控制器設計方法。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;應用前述理論結果,設計了單儲能系統(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動的平抑目標。5.最后,對全文進行總結,并對進一步的研究提出一些展望。
【關鍵詞】：切換系統(tǒng) 切換控制 約束優(yōu)化控制 滾動時域控制 儲能功率均衡控制
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 研究背景與意義12-14
• 1.2 儲能系統(tǒng)充放電功率均衡切換控制14-16
• 1.2.1 儲能系統(tǒng)常見儲能裝置14-15
• 1.2.2 儲能系統(tǒng)功率均衡控制方法15-16
• 1.3 切換系統(tǒng)研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 自主切換系統(tǒng)（魯棒）穩(wěn)定性分析與設計16-18
• 1.3.2 受限切換系統(tǒng)的（魯棒）穩(wěn)定性分析與設計18-19
• 1.3.3 受迫切換系統(tǒng)的（魯棒）穩(wěn)定性分析與設計19-20
• 1.4 本文研究內容20-22
• 第2章 基礎知識回顧22-30
• 2.1 切換動態(tài)系統(tǒng)22-23
• 2.2 穩(wěn)定性與Lyapunov定理23-26
• 2.2.1 非切換系統(tǒng)穩(wěn)定性與Lyapunov定理23-25
• 2.2.2 切換系統(tǒng)穩(wěn)定性與Lyapunov定理25-26
• 2.3 控制Lyapunov函數(shù)26-28
• 2.3.1 標稱系統(tǒng)控制Lyapunov函數(shù)與Sontag公式26-27
• 2.3.2 不確定系統(tǒng)控制Lyapunov函數(shù)與Freeman公式27-28
• 2.4 滾動時域控制28-29
• 2.5 本章小結29-30
• 第3章 自主切換線性約束系統(tǒng)鎮(zhèn)定與優(yōu)化控制30-48
• 3.1 引言30-31
• 3.2 問題描述31
• 3.3 自主切換系統(tǒng)的無約束鎮(zhèn)定控制31-35
• 3.4 自主切換系統(tǒng)的約束鎮(zhèn)定控制35-36
• 3.5 自主切換約束系統(tǒng)的滾動優(yōu)化控制36-41
• 3.6 公共Lyapunov函數(shù)的計算41-42
• 3.7 算例仿真42-46
• 3.8 本章小結46-48
• 第4章 自主切換不確定線性約束系統(tǒng)魯棒優(yōu)化控制48-70
• 4.1 引言48
• 4.2 問題描述48-50
• 4.3 公共魯棒控制Lyapunov函數(shù)50-51
• 4.4 參數(shù)不確定切換系統(tǒng)魯棒鎮(zhèn)定控制51-54
• 4.5 參數(shù)不確定切換系統(tǒng)魯棒優(yōu)化控制54-60
• 4.6 算例仿真60-68
• 4.7 本章小結68-70
• 第5章 單儲能系統(tǒng)充放電功率自主切換優(yōu)化控制70-82
• 5.1 引言70
• 5.2 單儲能系統(tǒng)充放電功率切換過程建模70-72
• 5.3 單儲能系統(tǒng)充放電功率自主切換控制器設計72-74
• 5.3.1 名義儲能系統(tǒng)功率自主切換控制器設計72-73
• 5.3.2 不確定儲能系統(tǒng)功率自主切換控制器設計73-74
• 5.4 實例仿真與結果分析74-80
• 5.4.1 名義儲能系統(tǒng)功率自主切換控制74-77
• 5.4.2 不確定儲能系統(tǒng)功率自主切換控制77-80
• 5.5 本章小結80-82
• 第6章 混合儲能系統(tǒng)功率均衡過程自主切換優(yōu)化控制82-96
• 6.1 引言82-83
• 6.2 混合儲能系統(tǒng)功率均衡過程模型83-86
• 6.2.1 儲能系統(tǒng)荷電量模型83-84
• 6.2.2 儲能功率均衡約束模型84-85
• 6.2.3 儲能功率均衡優(yōu)化模型85-86
• 6.3 混合儲能功率均衡過程自主切換滾動優(yōu)化控制86-90
• 6.4 實例仿真與結果分析90-95
• 6.5 本章小結95-96
• 第7章 總結與展望96-98
• 7.1 總結96-97
• 7.2 展望97-98
• 參考文獻98-108
• 致謝108-110
• 攻讀學位期間參加的科研項目和成果110-111

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