全阶终端滑模控制在直流微网多源干扰环境中应用

The DC micro-grids play an important role in applications such as catastrophe, islands, and large ships. Achieving power distribution control between distributed generation units is a basic requirement for improving the economic operation of DC micro-grids, and it is also a technical barrier to the diversification and opening of the power market in the future. This project aims to improve the rapid response, high-precision control and stability of the operation of the DC micro-grids, and studies the active disturbance rejection control and coordinated control of power generation, energy storage and controllable load based on the full-order terminal sliding mode theory. The main research contents include: first, analyze the operating characteristics of DC micro-grids power facilities, summarize the dynamic characteristics of various controllable devices; second, design the primary control and secondary control strategies of DC micro-grids converters, and theoretically analyze the effectiveness of disturbance rejection control strategy and collaborative control strategy and the performance of the algorithm; finally, establish a micro-grids experiment platform and test the effectiveness of the proposed coordination strategy. In theory, develop and perfect the coordinated control theory of DC micro-grids.

直流微网在灾变、海岛、大型舰船等场景下，有着重要应用价值。实现分布式发电单元之间的功率分配控制是提高直流微电网经济性运行的基本要求，也是未来电力市场多元化、开放化的技术壁垒。本项目以提高直流微网运行的快速响应、高精度控制和稳定性为目标，基于全阶终端滑模理论研究发电、储能与可控负荷的抗干扰控制和协调控制问题。主要研究内容包括：第一，分析直流微网电力设施运行特性，归纳各种可控设备的动态特性；其次，设计直流微网变换器的初级控制和二级控制策略，并从理论上分析所提抗干扰控制策略和协同控制策略的有效性及算法的性能；最后，建立型微电网实验平台，并测试所提协调策略的效能。在理论上发展完善直流微网协调控制理论。

本项目考虑一类不确定非线性系统，从全阶滑模控制理论的角度研究了这类系统的主动精细抗扰控制等理论问题。首先，提出了针对于非线性不确定系统的一种非递归综合思路，简化了非线性控制综合的过程，得到的控制器形式与控制增益的选取更为简洁；考虑到现有的非光滑控制对于非线性项增长条件的限制，本项目首次提出了全阶滑模控制的精确跟踪控制技术，得到一种系统化的非递归设计思路，并给出了一种新颖的半全局吸引性证明思路；针对一类带不匹配干扰的不确定系统，首次提出一种连续全阶滑模干扰观测器，可以有效地抑制系统中干扰对于输出项的负面影响，从而提升控制系统的稳态性能；针对一类大规模互联系统，首次给出一种基于非递归设计的分散式控制思路，可以有效地解决外部干扰、内部不确定性、系统间强耦合对于子系统控制输出的影响。从应用的角度出发，本项目将前述的一些理论算法应用在了直流微电网、电力电子变流器、微型燃气轮机控制、风电微电网控制系统等多个典型工业系统中，通过仿真与实验相结合的方式论证了本项目理论贡献的工程有效性，可以在实际工程问题中产生较显著的性能提升。