0　引言

随着传统大电网的缺点日益增多,基于可再生能源发电的微电网系统得到了快速的发展,近年来微电网受到电气工程领域的广泛关注[1-3]．微电网是一种新型电网络结构,是一组由微电源、负载、储能系统和控制单元构成的小型电力系统．微电网通过合理的控制,将传统能源与可再生能源发电并联运行,组成一个微型电网[4]．微电网运行模式灵活,既可并网又可离网运行,具有供电可靠性高等突出优点．微电网两种灵活的运行模式降低了分布式发电并网造成电网不稳定的风险,自身在运行过程中也更加稳定．在我国,西部地区人口分散,东部沿海独立岛屿较多,离网微电网的发展更是具有实际意义[5-6]．

近年来,因风能、太阳能等新能源的大力发展,微电网中可再生能源等分布式能源发电所占比重逐渐增加,且传统电力系统中的大量低效率线性化负载向高效率非线性负载转变,从而引入了大量的电力电子变换器件[7-9]．而被严格控制的基于电力电子变换的负载在运行时通常会表现出恒功率特性,其输入增量阻抗为负阻抗特性[10],较之常规的阻性和阻感负载,当与源产生交互作用时,会大大降低系统的阻尼,使系统更易产生振荡,带来严重的稳定性问题．目前,带有恒功率负载的微电网系统稳定性问题已受到学者们的广泛关注[10-13]．

离网微电网的传统电压控制策略主要采用基于下垂控制的双闭环PI控制[14],PI控制简单、易于实施,但在复杂系统中控制效果不佳,且微电网系统存在外部扰动或参数变化时,不能保证控制的鲁棒性．如何设计电压控制器使得系统具有良好的效果和鲁棒性是本文关注的问题．

滑模控制又称变结构控制,本质为一种特殊的非线性控制,主要表现为控制的不连续性．因其算法简单,变结构特性具有与微电网中变换器的开关特性本质相同的特点,得到了广泛的关注和应用[15]．滑模控制近来被广泛运用于微电网的控制中,并取得了很多成果．文献[16]将基于双带宽滞环调制的滑模控制用于并网逆变器,实现了快动态和鲁棒性等控制目标,其优点在于只需采样电容电压和电网电流．文献[17]采用自适应全局滑模控制对逆变器的并网模式和离网模式实施控制,在离网模式逆变器的输出电压总谐波失真低,并网模式下其电流功率因数高．文献[18]针对传统PID控制不能解决参数变化和非线性负载引起的谐波问题,提出自适应滑模控制以提高离网微电网系统的抗扰能力．但以上文献都只研究了单相电路．文献[19]对并联运行的微网逆变器采用自适应滑模方法控制电压,文中使用三相四线制逆变器拓扑以满足不平衡负载的正常供电,但三相四线制电路容易发生危险．文献[20]提出分数阶滑模控制来控制系统电压,但此类滑模控制需要满足一些前提条件．根据现有成果发现,有关微电网系统的滑模控制技术主要用于结构较为简单的系统,仍有进一步优化的空间．

本文基于含有恒功率负载的微电网系统提出自适应滑模控制,不仅考虑到了恒功率负载的负阻抗特性,还在滑模面的选取上,采用极点配置的方法,使所设计的滑模控制器有更好的鲁棒性和控制性能．最后,利用 Matlab/Simulink软件进行仿真分析,验证了文中提出的控制策略的有效性和优越性．

1　系统建模

1.1　微电网系统结构

本文研究的离网交流微网的整体结构如图1所示．系统主要由基于逆变器的微源和本地负载组成,包含一个风力发电系统、一个太阳能发电系统和一组蓄电池组．在后续稳定性分析中,它们将被简化成恒定的直流电压源．逆变器均采用传统功率下垂控制策略来实现负载功率在不同供电单元间的优化分配．为了获得精确的有功和无功功率分配,系统中引入一个较大的连线电感(Lc)连接在逆变器和交流母线之间,从而使系统的阻抗主要呈感性．为了研究恒功率负载对系统稳定性的影响,系统中接入了一台采用AC-DC变换器供电的负载．

  

图1　研究系统结构Fig.1　Structure of the study system

1.2　逆变器建模

对于研究的系统,单个逆变器结构如图2所示,其由三相逆变器经过LC滤波器和线路阻抗连接到交流母线．Lf和rf分别是滤波电感的电感值和电阻,Cf是滤波电容的电容量.为了获得精确的有功和无功功率分配,系统中引入一个较大的连线电感(Lc)连接在逆变器和交流母线之间,从而使系统的阻抗主要呈感性．

控制律式(7)是在考虑系统扰动的最坏情况下得出的控制器,为了满足要求,控制器的开关增益必须足够大,但是开关增益过大会造成系统抖振严重等负面效应,降低系统的鲁棒性．然而,如果不能处理系统中的不确定性问题,系统则达不到优良的控制效果．为解决上述问题,下面采用自适应算法来估计系统扰动的上界．

  

图2　单个逆变器结构Fig.2　Single inverter structure

 

 

 

(1)

定义状态变量的误差为其中分别是ild、ilq的电流参考值,分别是vod、 voq的固定电压参考值的具体值可以通过分别令得到,详细表达式如下:

2.3.3推进农膜废弃物资源化利用 坚持源头控制、因地制宜、重点突破、综合施策，不断完善农膜回收网络。加大农用地膜新国家标准宣贯力度，加快推广应用加厚地膜。探索应用全生物可降解地膜。

3）对灌浆材料的建议：针对坝基岩体，采用P·O 42.5的普通硅酸盐水泥浆液可灌性好，能够获得较好的灌浆效果。因此，建议P·O 42.5的普通硅酸盐水泥仍作为大坝固结灌浆施工的主要灌注材料，浆液配比可采用水灰比为 2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1 4 个比级。

(2)

将式(1)进一步整理,关于状态变量误差的状态空间方程可表示为

(3)

其中

建筑业的快速发展，导致其行业本身工作量的加重，以至于建筑扬尘污染是目前空气污染的重要方面。由于大部分的建筑企业环保意识薄弱，对建筑环保缺乏充分的认识和应有的态度，不能积极参与环保工作。同时，目前人们对建筑扬尘污染的主要来源是空气污染这一观点的认知不一致，所以建筑企业的环保意识也被极大的削弱了。

 

 

 

 

式(3)中,d是系统的外部干扰和参数不确定性的总和,d1被考虑为数学模型的外部干扰部分,与系统中参数的不确定性d2一起作为系统总的扰动．d是有界的,|d|≤ρ,ρ是一个大于0的常数．

2　自适应滑膜控制策略

因恒功率负载主要通过与DG逆变器进行相互作用来影响系统的稳定性,可以通过对DG逆变器设计合适的滑模控制器来解决系统的稳定性问题．

本节将讨论逆变器电路的滑模控制器设计,滑模控制器设计主要分为2个步骤:滑模面选取和控制率求解．其中滑模面的选取设计主要是滑模面参数的设计,选择一个好的滑模面可以减少系统运动到达滑模状态的时间．滑模控制的具体方法有很多,需根据具体问题选用合适的滑模控制方法．其基本方法有:基于趋近律的滑模控制、基于上界的滑模控制、等效滑模控制等．随着滑模控制研究的不断深入和成熟,越来越多的研究者开始将滑模控制和其他先进的控制方法相结合,形成不同方法间的优势互补,达到更好的控制效果．本文采用基于趋近律的滑模控制,并结合自适应方法对模型中的不确定性进行参数估计,从而增强系统的鲁棒性．

为便于学生理解数据结构的算法，将算法结果可视化，输出直观的图像。以构建二叉树输出二叉树的图像为例，无须思考在命令行中输出图像的坐标位置，层次遍历输出描述二叉树的DOT文件，在Graphviz软件中查看二叉树图像结果。

u=ueq+usw，

s=BTPx,

(4)

其中,B是模型中输入矩阵,P为4×4阶正定矩阵,采用线性矩阵不等式来设计,通过设计P来实现

计算出矩阵P,滑模函数随之确定,之后可根据滑模函数来设计控制器．

 

BTPAx+BTPBu+BTPCd．

(5)

[8]　Liutanakul P,Awan A B,Pierfederici S,et al.Linear stabilization of a DC bus supplying a constant power load:A general design approach[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2010,25(2):475-488

(6)

结合式(5)和(6),可以推导出最终滑模控制律:

电压控制器的主要作用是控制交流侧输出电压能够跟踪其参考值,从而保证微电网在离网模式下的稳定性．为了尽量减小控制误差,选取滑模面为

ueq=-(BTPB)-1BTPAx-(BTPB)-1τs，

[6]　Zeng Z,Zhao R X,Yang H,et al.Policies and demonstrations of micro-grids in China:A review[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2014,29:701-718

(7)

其中,ueq是控制输入的等效项,usw是控制输入的开关项;τ是一个正数,τ的大小决定系统状态趋近滑动模态的速度,τ越大趋近速度越快,τ越小趋近速度越慢;ε是一个很小的正数,ε的值越小系统的抖振越小．

为证明稳定性,取李雅普诺夫函数为

1)感知网络由摄像头、通话器和RFID读写器等车载平台组成。摄像头可用于上传车内果蔬的状态、车辆的运行情况等信息；通话器用于驾驶员和网管中心值班人员间的沟通；RFID读写器用于监视并上传果蔬的温度、湿度、气体成分等参数，一旦参数超过预定门限值，网管中心会有报警，及时告知驾驶员做相应处理。

(8)

则对式(8)求导并将式(5)、(7)带入得:

 

|BTPC||s|(ρ-|d|)≤0．

(9)

对于逆变器系统,经过LC滤波电感和滤波电容的电压电流动态方程在dq坐标系下可表示为式(1),下标d,q分别表示相关变量的d轴和q轴分量,ω是角频率．

由于滑模控制是一种不连续控制,这种不连续主要体现在滑模开关项切换产生的抖振,选择一个合适恰当的开关增益,可在最大限度减小抖振的同时满足滑动模态的存在条件．由式(7)看出系统的扰动与控制器的开关增益有关,因此采用自适应算法估计扰动不仅可以使扰动更加接近实际值,还能减小控制输入引起的振颤．

采用自适应方法来估计扰动值,设计自适应更新率为

 

(10)

式(10)中是扰动上界的估计值,且γ>0,通过调节γ的值,进而改变滑模控制器开关项的系数,以减小控制器抖振．

我国是一个国土面积广阔的国家，其中拥有多种多样的地形地貌以及水文特征，所以在如此复杂的地面上兴建土木工程，其必然会增加很大的难度。我国的土质主要有黄土、冻土、杂土以及淤泥杂质土等，不同的土壤对于建筑工程施工技术的要求是不一样的，我们可能会采用到许多方式来进行地基处理，从而提升了地基处理的难度。并且有的区域属于地震多发区，所以在对其进行房屋建设时对于施工有着更高的要求，要充分的考虑到建筑物的抗震能力。

u=ueq+usw，

ueq=-(BTPB)-1BTPAx-(BTPB)-1τs，

对路基区、取土场区、临时堆土场区及弃渣场区的监测，主要在每年汛前、汛后各一次，日降水量大于25 mm以上时增测1次，6—9月汛期各月监测一次。对于桥隧、附属设施及施工场地施工便道的监测需每月一次，降水量大于25 mm以上时增测1次。

(11)

通过对系统分析和设计,整个控制系统可以描述如下:运行于离网模式微电网的逆变器动态由式(1)表示,所设计的基于自适应估计的滑模控制器输入由等效控制和开关控制两部分组成,如式(11)所示,为估计系统扰动设计的自适应更新率如式(10)所示．

为了证明所设计的滑模控制器的正确性,选择如下李雅普诺夫函数:

(12)

式中定义为扰动的估计误差．

对式(12)的李雅普诺夫函数求导可得:

(13)

结合式(5)、(10)、(11),进一步可得:

 

式中：V为稀释提取液的体积（mL）；N为稀释倍数；C为按标准曲线计算的溶液的总多酚浓度（mg/mL）；m为样品的质量（g）。

(14)

因为是一个负定函数,能量李雅普诺夫函数V2关于时间是一个递减函数,系统最终会趋于稳定．由此推出系统的滑模面s以及扰动估计误差最终都会有界．

3　仿真分析

为了验证上一节所提出离网微电网中逆变器的自适应滑模控制方法的有效性,本节基于Matlab/Simulink仿真平台,针对所研究的图1所示的离网微电网系统建立了仿真动态模型．通过仿真对比了滑模控制器和传统PI控制器的控制性能．系统仿真模型及各参数在附录中给出,控制参数γ设为0.01,ε的值取8 000,τ的值取5 000．

为了验证系统在大信号变动过程中的稳态和动态性能,对采用SMC控制和传统PI控制时系统在空载启动、大负载变化、参数变化等过程中的性能进行了对比分析．图3比较了微电网系统空载启动时,两种不同控制情况下系统的动态响应．由图3可以看出系统采用滑模控制方法时,其启动过程更快,暂态性能更好,启动过程超调很小,且能以较短时间完成整个启动工作．图3a—d分别展示了逆变器2的输出电压、频率以及输出有功功率和无功功率．通过对比可以发现,系统采用PI控制时,启动过程系统振荡很大且不太平稳,如果在一开始就接入较大的负载,系统很有可能失稳．

  

图3　采用SMC和PI控制时系统空载启动特性Fig.3　Performances of system with SMC and PI controller during startup,(a) inverter output voltage,(b) frequency,(c) active power,and (d) reactive power

当一个大负载突然切入系统时采用不同控制方法,系统的稳定性有所不同．仿真验证中,在系统成功启动后,将功率20 kW的负载突然切入系统,比较两种控制方法对系统动态性能的影响．图4展示的是采用滑模控制方法对系统逆变器进行控制,在0.6 s接入20 kW的负载时,系统经过约0.4 s后达到一个新的稳定平衡点,可以看出系统依然可以保持稳定运行．而采用PI控制时,接入等容量的负载,系统立即振荡发散,变得不稳定．

  

图4　20 kW负载接入时SMC系统的动态响应Fig.4　Variations of key waveform of SMC system while connecting a 20 kW load,(a) inverter output voltage,(b) frequency,(c) active power,and (d) reactive power

为验证SMC对系统参数变化的鲁棒性,仿真中改变线路电感Lc的大小,验证系统的动态和稳态性能．图5给出了Lc由1.35 mH减小至0.85 mH时系统的动态响应,可以看出系统在SMC控制作用下,系统参数虽有所变化,但仍能保证系统稳定．而相同的参数变化采用PI控制时系统稳定性降低,从而证明了所设计SMC的鲁棒性．

  

图5　当线路电感Lc减小至0.85 mH时SMC系统的动态响应Fig.5　Variations of key waveform of SMC system while line inductance is 0.85 mH,(a) inverter output voltage,(b) frequency,(c) active power,and (d) reactive power

4　结束语

本文主要研究了带有恒功率负载的系统在受到大的扰动或者系统参数变化时的大信号稳定性．主要设计了适用于微电网系统的滑模控制器用以保证系统的全局稳定性．为了使所设计的控制器对参数具有较强的鲁棒性,将自适应算法引入控制系统,用以估计系统的扰动上界．微电网系统在空载启动、大负载切入系统以及参数变化情况下的仿真结果表明,所设计的控制器具有很强的鲁棒性和全局稳定性,可运用于微网系统的控制．

附录A

系统参数：

HPLC法同时测定桑白皮中6种活性成分的含量…………………………………………………… 陈志永等（7）：911

1) 发电机:额定功率PDG1=PDG2=PDG3=10 kW,Lf=1.35 mH,Cf=50 F,rf=0.1 Ω,Lc=1.35 mH,rc=0.03 Ω,mp=9.4×10-5,nq=1×10-3,kpv=0.05,kiv=350,kpc=10,kic=15 000,ωcu=30 rad/s.

2) 传输线路:rline1=0.23 Ω,Lline1=1.32 mH,rline2=0.35 Ω,Lline2=1.85 mH.

3) 负载:rfd=0.01 Ω,Lfd1=1.5 mH,Cfd1=500 μF.

参考文献References

[1]　Lidula N W A,Rajapakse A D.Microgrids research:A review of experimental microgrids and test systems[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2011,15(1):186-202

当今城市绿道规划建设需基于低碳生态理念，要以保护生态环境为前提，在具体的绿道规划设计中，应将低碳生态原则体现在低碳化、生态化、人性化和便捷性方面。

[2]　Hossain E,Kabalci E,Bayindir R,et al.Microgrid testbeds around the world:State of art[J].Energy Conversion and Management,2014,86(10):132-153

[3]　杨新法,苏剑,吕志鹏,等.微电网技术综述[J].中国电机工程学报,2014,34(1):57-70

YANG Xinfa,SU Jian,LÜ Zhipeng,et al.Overview on micro-grid technology[J].Proceedings of the CSEE,2014,34(1):57-70

2010年3月，肇庆市城建投资开发集团有限公司（以下简称“城投公司”）成立，城投公司是肇庆市国资委属下的全资国有企业，是根据市委、市政府对市属国有经济阶段性整合的工作部署，以市房地产开发总公司为主体，将市属房地产、建设、建筑等十多家国有企业的优质资产整合而成，是一家集城市建设、土地综合开发、市直保障性住房建设等职能为一体的国有投融资平台和建设载体。城投公司成立后，当年才48岁的邓强（正处级），顺利当上了集团董事长、党委书记，可谓是春风得意，前途无限。

[4]　Lasseter B.Microgrids distributed power generation[C]∥IEEE Power Engineering Society Winter Meeting,2002,1:305-308

[5]　Zhu X,Han X Q,Qin W P,et al.Past,today and future development of micro-grids in China[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2015,42:1453-1463

usw=-(BTPB)-1(|BTPC|ρ+ε)sgn(s)，

[7]　Olivares D E,Mehrizi-Sani A,Etemadi A H,et al.Trends in microgrid control[J].IEEE Transactions on Smart Grid,2014,5(4):1905-1919

采用指数趋近律,有

[9]　支娜,张辉,肖曦,等.分布式控制的直流微电网系统级稳定性分析[J].中国电机工程学报,2016,36(2):368-378

ZHI Na,ZHANG Hui,XIAO Xi,et al.System-level stability analysis of DC microgrid with distributed control strategy[J].Proceedings of the CSEE,2016,36(2):368-378

[10]　Emadi A,Khaligh A,Rivetta C H,et al.Constant power loads and negative impedance instability in automotive systems:Definition,modeling,stability,and control of power electronic converters and motor drives[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2006,55(4):1112-1125

[11]　Kwasinski A,Onwuchekwa C N.Dynamic behavior and stabilization of DC microgrids with instantaneous constant-power loads[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2011,26(3):822-834

(2)比较两个事件各要素,因为每个事件必须包含触发词,而其他要素可能缺省,不会出现,所以要根据上下文补全缺省要素,然后判断两事件是否具有指代关系.具有指代关系的两事件的各要素必须一致,即指向现实中的同一实体.

[12]　李玉梅,査晓明,刘飞,等.带恒功率负荷的直流微电网母线电压稳定控制策略[J].电力自动化设备,2014,34(8):57-64

LI Yumei,ZHA Xiaoming,LIU Fei,et al.Stability control strategy for DC microgrid with constant power load[J].Electric Power Automation Equipment,2014,34(8):57-64

政策九：9月26日，中共中央、国务院印发《乡村振兴战略规划（2018－2022年）》，对实施乡村振兴战略第一个五年工作做出具体部署。

[13]　张学,裴玮,邓卫,等.多源/多负荷直流微电网的能量管理和协调控制方法[J].中国电机工程学报,2014,34(31):5553-5562

ZHANG Xue,PEI Wei,DENG Wei,et al.Energy management and coordinated control method for multi-source/multi-load DC microgrid[J].Proceedings of the CSEE,2014,34(31):5553-5562

[14]　Pogaku N,Prodanovic M,Green T C.Modeling,analysis and testing of autonomous operation of an inverter-based microgrid[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2007,22(2):613-625

[15]　刘金琨.滑模变结构控制MATLAB 仿真[M].2版.北京:清华大学出版社,2012

LIU Jinkun.Sliding mode control design and Matlab simulation[M].2nd Ed.Beijing:Tsinghua University Press,2012

[16]　Komurcugil H,Ozdemir S,Sefa I,et al.Sliding-mode control for single-phase grid-connected LCL-filtered VSI with double-band hysteresis scheme[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2016,63(2):864-873

[17]　Mohan A,Mathew D.High performance stand-alone and grid connected inverter using adaptive total sliding mode controller[C]∥International Conference on Advanced Computing and Communication Systems,2013:1-6

[18]　Chen Z Y,Luo A,Wang H J,et al.Adaptive sliding-mode voltage control for inverter operating in islanded mode in microgrid[J].International Journal of Electrical Power & Energy Systems,2015,66:133-143

[19]　Zhang Q J,Liu Y C,Wang C,et al.Parallel operation of microgrid inverters based on adaptive sliding-mode and wireless load-sharing controls[J].Journal of Power Electronics,2015,15(3):741-752

[20]　Delghavi M B,Shoja-Majidabad S,Yazdani A.Fractional-order sliding-mode control of islanded distributed energy resource systems[J].IEEE Transactions on Sustainable Energy,2016,7(4):1482-1491