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电气工程与系统科学 > 系统与控制

arXiv:2506.03454 (eess)
[提交于 2025年6月3日 ]

标题: 具有安全性和稳定性保证的直流微电网的非线性最优控制

标题: Nonlinear Optimal Control of DC Microgrids with Safety and Stability Guarantees

Authors:Muratkhan Abdirash, Xiaofan Cui
摘要: 直流微电网是传统交流电网的一个有前景的替代方案,因为它可以高效地整合分布式和可再生能源。 然而,作为一种新兴框架,它缺乏其交流对应系统的严格理论保证。 特别是,直流微电网的安全稳定控制一直是电力电子领域一个非平凡的任务。 为了解决这个问题,我们从控制理论的角度出发,设计了一个具有可证明保证的反馈控制器。 我们提出了一种系统化的方法来构建控制李雅普诺夫函数(CLF),以稳定微电网,并独立地构建控制屏障函数(CBF),以确保其在所有时间内的安全运行。 本文提出的基于安全性的控制器(SCC)将这两个控制目标——优先考虑安全性——整合到一个二次规划(QP)作为线性约束中,这允许使用现成的凸优化求解器进行在线部署。 通过数值实验将该SCC与一种鲁棒型的传统下垂控制进行比较,其实验结果显示,SCC在同时保证安全性和维持稳定性方面优于下垂控制器。
摘要: A DC microgrid is a promising alternative to the traditional AC power grid, since it can efficiently integrate distributed and renewable energy resources. However, as an emerging framework, it lacks the rigorous theoretical guarantees of its AC counterpart. In particular, safe stabilization of the DC microgrid has been a non-trivial task in power electronics. To address that, we take a control theoretic perspective in designing the feedback controller with provable guarantees. We present a systematic way to construct Control Lyapunov Functions (CLF) to stabilize the microgrid, and, independently, Control Barrier Functions (CBF) to enforce its safe operation at all times. The safety-critical controller (SCC) proposed in this work integrates the two control objectives, with safety prioritized, into a quadratic program (QP) as linear constraints, which allows for its online deployment using off-the-shelf convex optimization solvers. The SCC is compared against a robust version of the conventional droop control through numerical experiments whose results indicate the SCC outperforms the droop controller in guaranteeing safety and retaining stability at the same time.
评论: 将于美国控制会议(ACC)2025年 proceedings 中发表
主题: 系统与控制 (eess.SY)
引用方式: arXiv:2506.03454 [eess.SY]
  (或者 arXiv:2506.03454v1 [eess.SY] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2506.03454
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Muratkhan Abdirash [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 6 月 3 日 23:37:28 UTC (670 KB)
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