Voltage Regulation Control Method of Multiple Electric Springs in DC Microgrid Based on Energy Function Shaping

XUE Hua; ZHANG Kening; WANG Kai; LING Chen; WANG Yufei; WANG Yani

doi:10.7500/AEPS20230815005

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Voltage Regulation Control Method of Multiple Electric Springs in DC Microgrid Based on Energy Function Shaping

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Voltage Regulation Control Method of Multiple Electric Springs in DC Microgrid Based on Energy Function Shaping
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 10, Pages: 96-108(2024)
- 作者机构：
  
  1.上海电力大学电气工程学院，上海市 200090
  2.国网上海市电力公司超高压公司，上海市 200063
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52207025);Natural Science Foundation of Shanghai(23ZR1425000);Local University Capacity Enhancement Project of Shanghai Science and Technology Commission(22010501400)
- DOI：10.7500/AEPS20230815005
  CLC：
- Received：15 August 2023，
  
  Revised：2023-11-23，
  
  Published Online：11 April 2024，
  
  Published：25 May 2024
- 稿件说明：
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薛花,张珂宁,王凯等.基于能量函数塑形的直流微电网多电力弹簧电压平稳控制方法[J].电力系统自动化,2024,48(10):96-108.

XUE Hua,ZHANG Kening,WANG Kai,et al.Voltage Regulation Control Method of Multiple Electric Springs in DC Microgrid Based on Energy Function Shaping[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(10):96-108.
薛花,张珂宁,王凯等.基于能量函数塑形的直流微电网多电力弹簧电压平稳控制方法[J].电力系统自动化,2024,48(10):96-108. DOI： 10.7500/AEPS20230815005.

XUE Hua,ZHANG Kening,WANG Kai,et al.Voltage Regulation Control Method of Multiple Electric Springs in DC Microgrid Based on Energy Function Shaping[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(10):96-108. DOI： 10.7500/AEPS20230815005.

摘要

直流微电网低惯性响应特性常导致系统存在不确定性扰动时母线电压波动越限。针对这一问题，文中以直流电力弹簧(DCES)为核心构建智能负载，解析直流电机动能与智能负载惯量能量间的映射关系，实现需求侧等效虚拟惯量注入，快速补偿不确定性扰动造成的DCES输出电压偏差；针对多DCES协同控制，设计动态事件触发机制，以最小通信需求求解全局一致性误差，实现各DCES输出电压期望轨迹实时在线更新；提出了具有最小相位特性的反馈线性化控制器，将传统电压-电流双环控制转化为能量单环控制，构建DCES能量函数，重塑状态变量空间为Grassmann流形，实现系统完全解耦和精确线性化转换，准确跟踪各DCES输出电压期望轨迹，同时确保全局渐近稳定。基于dSPACE的实验结果表明：系统存在外部不确定扰动和内部参数摄动情形下，所提方法可实现直流微电网母线电压的平稳控制，具有动态响应快、稳定性好、鲁棒性强、抗扰性优的特点。

Abstract

The low inertia response characteristics of the DC microgrid may lead to bus voltage fluctuation over the limit when uncertain disturbances occur in the system. To solve this problem

this paper constructs the intelligent load with the DC electric spring (DCES) as the core. The mapping relationship between DC motor dynamic energy and inertia energy of intelligent load is analyzed. The equivalent virtual inertia is injected on the demand side and the DCES output voltage deviations caused by uncertainty disturbances are compensated quickly. Aiming at multi-DCES cooperative control

a dynamic event-triggering mechanism is designed to solve global consistency errors with the minimum communication requirements. The real-time online update of the expected trajectories of DCES output voltages is achieved. A feedback linearization controller with the minimum phase characteristics is proposed

which transforms the traditional voltage-current double-loop control into energy single-loop control. The DCES energy function is built and the state variable space is reshaped into the Grassmann manifold. The complete decoupling and accurate linearized transformation of the system are realized. The expected trajectories of DCES output voltages are tracked accurately

which ensures global asymptotic stability at the same time. The experimental results based on dSPACE show that the proposed method can realize the regulation control of DC microgrid bus voltages under the conditions of external uncertain disturbance and internal parameter perturbation. The proposed method has the characteristics of fast dynamic response

good stability

strong robustness and excellent immunity.

关键词

Keywords

references

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