提高电能品质和电力系统稳定性的V2G系统非线性控制器设计分析

插电式混合动力汽车在有效减少碳排放的同时还可以为电网提供辅助服务，其通过充电接口可以进行充电操作并对电网进行放电操作。插电式混合动力汽车的这一特点使现代电力系统的能源管理策略面临一系列机遇和挑战。在车辆到电网（V2G）系统中，插电式混合动力汽车的电池组扮演分布式能源的角色。V2G系统中，电池组的突然放电会引起电网中电压变化而导致电压出现不稳定性问题。此外，电子逆变器作为插电式混合动力汽车电池组与电网之间的接口单元，其有效的切换方案是保持整个电力系统电能品质和稳定性的关键。对此，设计了一个高性能非线性控制器，其可以提高V2G系统中的电能品质以及电力系统稳定性，并将其与常用的比例积分控制器进行比较。

文中指出，进行控制器设计之前需要建立V2G系统的数学模型。由于电池模型是V2G系统的主要组成部分，因而需要选取合适的电池模型。基于切劳洛在2000年提出的电池模型改进得到所需的电池模型，给出了改进后的电池模型结构图。之后给出了车辆到电网系统的动力学模型，即V2G系统的数学模型。由于所给出的控制器要求V2G系统的内部动态具有稳定性，因而需要将系统转化为部分线性和自治的稳定系统。将之前得到的V2G系统数学模型通过反馈线性化变换转化为一个非线性多输入、多输出系统方程。控制器设计共分为以下3步：①非线性坐标变换和V2G系统的部分线性化；②推导设计控制规律；③V2G系统内部动态稳定性分析。文中对上述每个步骤进行了详细描述。最后，通过一个简单的测试系统对所提出的控制器进行了性能评价。从试验结果可以看出，与常用的比例积分控制器相比，所设计的非线性控制器在提高电能品质和整个系统稳定性方面具有较好的表现。

M.A.Mahmud et al. Preprints of the 19th World Congress The International Federation of Automatic Control Cape Town, South Africa August 24-29, 2014.

编译：王祥