基于BONM建模的分布式能源系统先进鲁棒自适应控制方法研究

A novel block-based nonlinear modeling (BONM) approach for thermodynamic systems will be studied in this proposal. A set of BONM methodology about the block-topo selection and online open-loop/closed-loop identification is proposed and will be instantiated on typical distributed energy systems. The resulting BONM model is suitable for large range simulation and for global controller design, featuring fast computing and easily rebuilding. In order to take the challenge of networked control from renewable- distributed -energy microgrid, the BONM-model knowledge will be utilized to improve the L1 adaptive control for achieving rapidness, stability , robustness and adaptivity in the novel HM-L1RAC Algorithm. Moveover, the delay information from BONM will also be considered in the control design to enlarge its toleration margin on delay. As a result, a better performance for load tracking will be achieved in the presence of uncertainties. For making balance of the loads in the microgrid, the multi-energy collaborating control strategy is discussed and will be verified on a networked- control hardware-in-loop DES network. The study will contribute to the real control and operation of renewable-distributed-energy microgrid.

本项目研究一种新颖的热动力系统块结构化非线性动态（BONM）建模方法，提出包括块拓扑结构选择法、块模型在线开/闭环辨识方法在内的完整的BONM建模方法，并对典型分布式能源系统建模实例化，所建立的块结构模型可适用于全工况仿真和全局控制器设计，其计算速度快、易复现的特点为相关研究提供很高的参考价值。为满足可再生分布式能源微网的网络化控制要求，利用块建模信息改进L1自适应控制方法，得到具有快速性、稳定性、鲁棒性和自适应性的新型HM-L1RAC控制算法，通过利用BONM建模的时滞信息增强算法的时滞鲁棒性，使其在网络化控制环境下具有更好的处理不确定性因素和快速负荷跟踪的能力；为维护微网多能负荷供需平衡，进一步讨论微网多源协同负荷跟踪策略， 在具有网络化控制特征的半物理仿真分布式能源信息网上进行算法的验证。本项目所研究的内容对实际可再生分布式能源微网的控制和运行具有指导借鉴意义。

针对分布式能源系统的多能耦合、多源扰动、时滞、不确定性等控制问题，本项目开展了适合能源过程的块结构化非线性建模（BONM）和鲁棒自适应控制的理论研究。基于BONM模型，提出针对大时滞和多变量非仿射非线性过程的新型鲁棒自适应控制方法，增强了自适应控制的时滞鲁棒性并提供了保稳定的控制参数取值方法，用数学方法证明了其闭环稳定性和暂态跟踪性能；进一步针对能源系统优化运行的需求，提出滚动时域优化鲁棒自适应控制、经济性预测-鲁棒自适应控制等方法，给出了相应的稳定性解析证明。研究分布式可控微源的动态特性，建立其数学模型及BONM辨识模型，搭建了可再生分布式能源微网仿真系统及实验台，验证了所提控制理论及方法能有效提升分布式能源在不确定性条件下的快速协同负荷跟踪能力，同时优化其运行过程。