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龙图腾网获悉国网黑龙江省电力有限公司大兴安岭供电公司;哈尔滨工业大学申请的专利一种基于大信号稳定的直流微电网Buck变换器自适应无源控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119231928B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-22发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411332303.3，技术领域涉及：H02M3/156；该发明授权一种基于大信号稳定的直流微电网Buck变换器自适应无源控制方法是由王鹏;马振龙;李哲;田俊峰;刘喆奇;郭嘉诚;宫伟;魏新宇;王建;王慧宇;高滨;郑运磊;田嘉东;崔庆龙;包宇;王盼宝设计研发完成，并于2024-09-24向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于大信号稳定的直流微电网Buck变换器自适应无源控制方法在说明书摘要公布了：本发明提出一种基于大信号稳定的直流微电网Buck变换器自适应无源控制方法。该控制方法以无源控制理论为基础，通过虚拟阻抗技术对系统阻抗进行重新优化调整以使整个系统处于无源稳定状态。针对因系统不确定性致使偏离额定工作状态而造成的稳态误差，本发明设计并应用了高阶扰动观测器技术来对不确定性所造成的稳态误差进行前馈补偿，从而保证了系统在扰动以及不确定性存在状况下的稳定无差运行。此外，为了确保所提算法的大信号稳定，采用混合势能函数理论进行稳定性分析并给出参数选取准则。最后，通过仿真平台对所提出算法的有效性和优越性进行验证。

本发明授权一种基于大信号稳定的直流微电网Buck变换器自适应无源控制方法在权利要求书中公布了：1.一种基于大信号稳定的直流微电网Buck变换器自适应无源控制方法，其特征在于，所述控制方法以无源控制理论为基础，通过虚拟阻抗技术对直流微电网系统阻抗进行重新优化调整以使整个直流微电网系统处于无源稳定状态；所述方法具体为： 基于电路拓扑的高阶扰动观测器被用于对集中扰动所造成的稳态误差进行在线估计和前馈补偿；改进的无源控制算法被用于确保直流微电网系统的大信号稳定以及对集中扰动的补偿；通过混合势函数理论对改进的无源控制算法进行大信号稳定性分析，并给出稳定边界条件以及参数选取准则； 假设Buck变换器及其所带CPL运行在连续电流模式，则该直流微电网系统的平均状态模型表述为: 1 上式中，P CPL为恒功率负载的功率，μ为占空比；由式（1）可知，电感与其等效串联电阻值、电容与其等效串联电阻值、输入电压、电阻以及恒功率负载功率的变化均可对输出电压造成影响；而所述控制方法所涉及扰动主要为输入电压、恒功率负载以及恒阻抗负载的变化，当将上述因素考虑在内时，式（1）改写为： 2 式（2）中，d 1与d 2分别代表由输入电压以及由负载波动造成的扰动，表示为 3 式（3）中，E 0，R 0，P CPL0分别为输入电压、恒阻抗负载以及恒功率负载功率的额定值； 定义如下向量组： 4 则公式（1）与式（2）可分别改写为如下所示的矩阵形式： 5 6 所述控制方法目标为在扰动存在的情况下实现全局的渐进稳定，即在D为非空矩阵情况下实现 7 上式中，对于矩阵Z中的元素的初值z 10,z 20,存在z 10≥0，z 20ε；Z d为向量组Z的参考轨迹矩阵，ε为任意小正实数； 所述的改进的无源控制算法中无源控制器的设计具体为：根据无源控制理论，当直流微电网系统由电源提供的能量等于直流微电网系统耗散能量与直流微电网系统储存能量之和时，整个直流微电网系统是无源的；基于无源控制理论通过虚拟电阻的手段，即通过调节直流微电网系统中电感串联虚拟电阻R 1d与电容并联虚拟电阻R 2d，在不产生直流微电网系统额外能量损耗的同时，优化直流微电网系统阻抗分布以确保直流微电网系统的无源性，并通过能量重塑平衡各部分能量从而达到对带恒功率负载和恒阻抗负载Buck电路的稳定控制； 直流微电网系统的能量重塑具体为：考虑被重塑能量的变化趋势，电感与电容中的能量在新的平衡时均取得最小值，因此，对式（6）进行如下变换，以实现对能量的重塑； 8 其中代表Z偏离轨迹参考值向量组Z d幅度； 对直流微电网系统进行阻尼注入，阻尼注入通过将虚拟阻抗引入直流微电网系统，从而改变系统阻抗分布使其处于无源状态以最终达到消除系统中的能量震荡的目的，其中，虚拟阻抗的引入过程通过修改方程（8）来实现； 构建如式（9）所示的虚拟阻抗矩阵 9 令R i=Rz r+R d，并在式（8）两侧分别加入，可得 10 当取值得当的虚拟电阻引入系统时，可以确保系统中多余暂态能量被充分耗散，并确保系统的全局渐进稳定性，从而使得，因此可知式（10）的左侧将趋近于零，即 11 上式证明可以通过李雅普诺夫稳定定则实施；令为式（11）平衡点，同时为包含的域；设为连续积分函数，且在内，在D内，则平衡点是稳定的，且如果在内，则平衡点是渐进稳定的；设系统存储的总能量为 12 由于矩阵H为正定矩阵，故系统储能函数，对式（12）求导可得 13 对式（11）进行变换，并将公式（13）带入公式（11）可得 14 式（14）中，由于G为反对称矩阵，因此；而Rz为对称矩阵，仅需确保对角线元素均为正数，即可保证式（14）的值为小于零的负值，根据李雅普诺夫直接法定义，整个系统最终将趋近于全局稳定的渐进平衡点，而不受变换器开关的动作影响；因此，式（10）中等号左面等于零，对其进行改写可得 15 将上式改写为方程组形式，即可获得如下所示的无源控制的动态特性方程 16 由于Buck变换器为非最小相系统，因此用i Lref与v Cref分别替换i Ld与v Cd，且令i Ld与v Cd导数值为零，即可实现对参考电压的跟踪 17 整理式（17），用于Buck变换器PBC控制算法的电压环控制方程与电流环控制方程分别如式（18）、式（19）所示 18 19 在额定状态下，根据式（18）和（19）构建无源控制算法，所述无源控制算法基于双环控制架构，电压外环将输出电压与电压参考值的差值通过式（19）运算在实现对参考电压追踪的同时产生电感电流的参考值，电流内环再通过对比电感电流与参考电流并通过式（18）运算，产生相应的PWN信号以实现对电流跟踪； 所述高阶扰动观测器的设计具体为：将动态特性方程转化为一般非线性方程模式： 20 其中,,分别为系统的状态变量矩阵，被控输入矩阵以及扰动矩阵，为系统方程，其与秩为r的矩阵F均为已知；假设扰动缓慢变化，即，可将扰动视为常量扰动，且由于状态变量x可测量且其初始值已知，因此式（20）所示系统可以降阶为 21 上式中，F+为矩阵F的伪逆矩阵，如式（20）所示系统的常量扰动观测器的一般形式如下式所示 22 上式中，为扰动估计向量组，而，为需要调试的观测器增益系数矩阵；设观测器误差为 23 联立式（21）至式（23），可得如下所示的观测器误差导数方程 24 由上式可知，当观测器增益系数矩阵为Hurwitz矩阵时，扰动估计值将在无穷处趋近于扰动值d；由此对输入电压扰动进行观测的高阶扰动观测器如下所示 25 针对恒阻抗负载以及恒功率负载扰动的高阶扰动观测器如下所示 26 通过将式（18）、（19）、（25）、（26）带入式（2）可得到将扰动考虑在内的自适应无源控制算法的控制方程 27 28。

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