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基于互补超螺旋滑模的储能变流器改进自抗扰控制

来源：电工电气发布时间：2025-07-25 09:25 浏览次数：10

基于互补超螺旋滑模的储能变流器改进自抗扰控制

王嘉力¹，曹剑¹，田郊²，皇金锋³

(1 西安星源博锐新能源技术有限公司，陕西西安 710065；

2 维缔技术（西安）有限公司，陕西西安 710065；

3 陕西理工大学电气工程学院，陕西汉中 723001)

摘要：针对储能变流器在负荷频繁投切、随机大扰动、功率双向流动等复杂工况下引起的系统稳定性差、负载匹配响应速度慢等问题，提出了一种基于互补超螺旋滑模的储能变流器改进自抗扰控制策略以提高系统暂态性能。由于传统观测器跟踪能力有限，设计了一种改进四阶非线性扩张状态观测器，实现对集总扰动更加精准地估计补偿，增强抗扰能力，并利用非线性函数来提高响应速度，同时对观测器参数进行优化选择；结合互补滑模面和超螺旋滑模算法的优点，设计了互补超螺旋滑模反馈控制律以有效地抑制抖振，同时还保证了更强的鲁棒性，并通过选取 Lyapunov 函数对反馈控制律进行稳定性分析；利用仿真和实验对比验证了所提控制策略能很好地抑制直流母线电压波动，提高了交流侧响应速度，并有效地改善储能变流器输出电能质量，提高了系统的暂态性能。

关键词： 储能变流器；改进四阶非线性扩张状态观测器；互补超螺旋滑模；自抗扰控制；Lyapunov 函数

中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2025)07-0007-08

Improved Active Disturbance Rejection Control of Energy Storage Converter

Based on Complementary Super-Twisting Sliding Mode

WANG Jia-li¹, CAO Jian¹, TIAN Jiao², HUANG Jin-feng³

（1 Xi’an Xingyuan Bo Rui New Energy Technology Co., Ltd, Xi’an 710065, China;

2 Weidi Technology (Xi’an) Co., Ltd, Xi’an 710065, China;

3 College of Electrical Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001, China）

Abstract: Aiming at the problems of poor system stability and slow response speed of load matching caused by frequent load switching,random large disturbance and bidirectional power flow of energy storage converter , an improved active disturbance rejection control strategy of energy storage converter based on complementary super-twisting sliding mode is designed to improve the transient performance of the system. Firstly, due to the limited tracking ability of the traditional observer, an improved fourth-order nonlinear extended state observer is designed to estimate and compensate the lumped disturbance more accurately and enhance the anti-disturbance ability. The nonlinear function is used to improve the response speed, and the observer parameters are optimized. Secondly, combining the advantages of complementary sliding mode surface and super-twisting sliding mode algorithm, a complementary super-twisting sliding mode feedback control law is designed to effectively suppress chattering and ensure stronger robustness. The stability of the feedback control law is analyzed by selecting the Lyapunov function. Finally, through simulation and experiment, it is verified that the proposed control strategy can well suppress the fluctuation of DC bus voltage, accelerate the response speed of AC side, improve the output power quality of energy storage converter and improve the transient performance of the system.

Key words: energy storage converter; improved fourth-order nonlinear extended state observer; complementary super-twisting sliding mode; active disturbance rejection control; Lyapunov function

参考文献

[1] 张纯江，暴云飞，孟宪慧，等. 直流微网储能 DC/DC 变换器的自适应虚拟直流电机控制[J]. 电力系统保护与控制，2023，51(1) ：12-20.

[2] WANG J, CANG M, ZHAI X, et al.Research on power-supply cost of regional power system under carbon-peak target[J].Global Energy Interconnection，2022，5(1) ：31-43.

[3] 黄崇鑫，陈振宇，邓松. 含储能双母线直流微电网电压和功率协调控制[J] . 电力系统保护与控制，2023，51(11) ：141-149.

[4] 徐卿瀚，蒙显辉，杨苓，等. 直流微电网储能系统的 NF+QPR+LPF 双闭环 2 次谐波电流抑制方法[J]. 电工技术学报，2022，37(20) ：5188-5200.

[5] 徐玉琴，方楠. 基于稳压控制的独立光储微电网控制策略研究及仿真分析[J] . 电力系统保护与控制，2020，48(21) ：67-74.

[6] ANSARI S , ZHANG J , SINGH R . Review of stabilization methods for DCMG with CPL, the role of bandwidth limits and droop control[J].Protection and Control of Modern Power Systems，2022，7(1) ：1-12.

[7] CHENG P, CHEN C A, LEE T L, et al.A cooperative imbalance compensation method for distributed generation interface converters [J] . IEEE Transactions on Industry Applications，2009，45(2) ：805-815．

[8] 高宁，李睿，陈强，等. 双级式中频隔离型储能变流器的直流母线电压优化控制[J] . 中国电机工程学报，2015，35(17) ：4477-4485.

[9] 朱英伟，付伟真，林晓冬，等. 基于动态演化理论的 SMES 变流器控制策略[J] . 电力自动化设备，2019，39(12) ：7-13.

[10] 杨超，朱英伟，林晓冬. 基于自抗扰控制的超导储能变流器设计[J]. 低温物理学报，2017，39(4) ：65-71.

[11] 杨惠，骆姗，孙向东，等. 光伏储能双向 DC-DC 变换器的自抗扰控制方法研究[J] . 太阳能学报，2018，39(5) ：1342-1350.

[12] 周雪松，王博，马幼捷，等. 含二阶扰动补偿的交错并联变换器自抗扰控制[J] . 电机与控制学报，2023，27(12) ：159-170.

[13] 赵希梅，赵久威. 永磁直线同步电机的互补滑模变结构控制[J] . 中国电机工程学报，2015，35(10) ：2552-2557.

[14] 金鸿雁，赵希梅，王天鹤. 基于扰动观测器的永磁直线同步电动机自适应反推互补滑模控制[J]. 中国电机工程学报，2022，42(6) ：2356-2365.

[15] 刘金琨，孙富春. 滑模变结构控制理论及其算法研究与进展[J] . 控制理论与应用，2007，24(3) ：407-418.

[16] 韩京清. 自抗扰控制技术-估计补偿不确定因素的控制技术[M]. 北京：国防工业出版社，2008.

[17] 陈志旺，张子振，曹玉洁. 自抗扰 fal 函数改进及在四旋翼姿态控制中的应用[J] . 控制与决策，2018，33(10) ：1901-1907.

[18] GAO Z.Scaling and bandwidth-parameterization based controller tuning[C]//American Control Conference，2003.

[19] 陈松林，赵海香. 三阶扩张状态观测器的优化参数配置方法[J]. 控制与决策，2014，29(10) ：1851-1855.

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