基于自抗扰的绿色建筑电气安装与管理中整流环节控制策略设计

摘 要：针对以风电为发电能源的绿色建筑电气在安装与管理中由于风电波动性而导致的建筑系统整流环节直流母线电压稳定性不足、波动性强等问题，设计了一种融合自抗扰控制策略和深度确定性策略的自适应自抗扰控制策略。根据绿色建筑电气中整流环节的拓扑结构建立整流环节的数学模型，同时设计观测器对系统中的干扰进行估计，设计误差反馈律对扰动进行补偿，提升系统的抗扰性，从而抑制直流母线电压的波动现象。引入深度确定性策略，对自抗扰控制中的反馈系数进行自适应整定，形成自适应自抗扰控制，使控制器在暂态和稳态下均具有最优参数，提升直流母线电压的稳定性。最后，在MATLAB/Simulink数字仿真实验平台中搭建绿色建筑电气系统整流环节的实验模型，并与其他控制策略进行同工况对比，验证了所提控制策略的正确性和优异性。

关键词：绿色建筑电气; 整流环节; 自抗扰; 深度确定性策略; 稳定性

中图分类号： TU855 文献标志码： A 文章编号： 1674-8417（2024）09-0006-06

DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.09.002

0 引 言

随着全球环境问题日益严峻和人们对可持续发展的关注不断增加，绿色建筑作为一种能够有效降低资源消耗、减少环境污染、提高建筑能源利用效率的建筑形式，越来越受到人们的重视。绿色建筑不仅可以减缓气候变化对环境造成的伤害，还有助于提高生活质量和减少能源消耗。在绿色建筑中，电气安装和管理起着至关重要的作用，而新能源技术的广泛应用更是绿色建筑实现可持续发展的关键。但由于绿色能源中风电存在波动性的缺点，导致绿色建筑电气系统中的整流环节的直流母线电压存在波动现象，从而使直流母线电压的稳定性降低［1-3］。针对绿色建筑电气系统中直流母线电压的稳定性下降问题，文献［4］设计了一种基于滑模控制和神经网络优化算法的改进滑模控制策略，但滑模控制属于非线性控制算法，难以适应复杂的系统，因此实效性较弱;文献［5］以直流母线电压为控制变量，以比例积分控制为控制器，设计了电压反馈控制策略，但比例积分控制的抗扰性较弱，稳定性提高并不明显;文献［6］融合了模糊控制和鲁棒优化控制，利用模糊控制的自适应性对鲁棒参数进行实时整定，虽使系统在任意状态下均具有最优参数，但模糊控制的编程部分较为复杂，降低了系统的可靠性。针对上述研究方法存在的缺点，本文设计了一种融合自抗扰控制策略和深度确定性策略的自适应自抗扰控制策略。在MATLAB/Simulink中搭建了绿色建筑电气系统整流环节的仿真实验模型，并与比例积分控制、滑模控制进行同工况对比，验证了所提控制策略的正确性和优异性。

1 绿色建筑电气系统整流环节数学模型建立

绿色建筑电气系统由发电环节、输电环节、用电环节组成。发电环节将风能转为电能，输电环节对电能进行远距离传输，并供给负载或电网使用。由于风能存在波动性，绿色建筑电气系统的整流环节的直流母线电压存在稳定性不足问题。而传统的比例积分控制的抗扰性较弱，并不能有效提升直流母线电压的稳定性，因此需设计合适的控制策略对绿色建筑电气系统中的整流环节进行控制，从而提升直流母线电压的稳定性。绿色建筑电气系统的架构图如图1所示。

2 自适应自抗扰控制策略设计

在电气设计与管理领域中，自抗扰控制被视为一种重要的控制策略，用于抑制外部干扰对系统性能的影响。其核心思想是通过反馈控制机制提升系统的抗扰能力，并实现系统性能的优化。自抗扰控制通过不断监测系统外部环境的变化和干扰，并及时进行调整和补偿，以确保系统在面对外部干扰时能够保持稳定性和高效性。相较于传统控制方法，自抗扰控制在电气设计与管理中具有更强的鲁棒性和适应性，能够更好地适应复杂多变的环境条件［10-12］。由于d轴的数学模型和q轴的数学模型具备结构一致性，因此以下的设计仅以d轴进行。根据自抗扰要求形式，将式（4）中的d轴数学模型改写为

综上所述，在绿色建筑电气安装与管理中整流环节控制策略设计中，自抗扰控制策略的设计和实施可有效提高系统的抗扰能力和稳定性，确保系统在面对外部干扰和变化时能够快速、准确地调节和适应。通过引入自抗扰控制，可实现绿色建筑电气系统的精准控制和优化管理，有效提升系统的性能和效率。自抗扰控制下的直流母线电压误差随时间的变化趋势如图4所示。

由图4可知，在自抗扰控制下，直流母线的电压误差随时间不断下降，在1.0 s时误差降低至1.9%，小于3%，满足电压误差要求，因此自抗扰控制提升了电压稳定性。根据以上设计，AC/DC变换器的自抗扰控制策略设计流程图如图5所示。

为再次提高直流母线电压的稳定性，引入深度确定性策略，对自抗扰控制中的参数进行实时整定。深度确定性策略是一种基于深度神经网络和确定性策略梯度方法相结合的强化学习算法。这种策略在连续动作空间中完成动作选择，并利用神经网络近似值函数和策略函数，以实现高效的决策过程。深度确定性策略与自抗扰控制进行融合，形成自适应自抗扰控制策略。建立深度确定性策略的输入层为

3 实验对比

为验证所提出的自适应自抗扰控制策略的正确性和优异性，在MATLAB/Simulink数字仿真实验平台中搭建绿色建筑电气系统整流环节的数字仿真模型，并与比例积分控制、滑模控制进行同工况对比。实验参数如表1所示。

工况1：风电波动程度分别增加20%，40%，60%，80%。风电波动程度改变时的直流母线电压突变量如表2所示。由表2可知，当风电波动程度分别为20%、40%、60%、80%时，3种控制策略下的电压突变量仅有自适应自抗扰控制策略的电压突变量小于5 V，而其余两类控制策略下的电压突变量均大于5 V。因此对于风电波动扰动，自适应自抗扰控制策略的抗扰性较强，即具有更好的电压稳定性。

工况2：负荷分别降低5%、10%、15%、20%、

由表3可知，在任意负荷降低程度下，自适应自抗扰控制策略的电压突变量小于3 V，而其余两类控制策略下的电压突变量均大于3 V，因此自适应自抗扰控制策略提高了绿色电气建筑系统中直流母线电压的稳定性。

4 结 语

针对以风电为发电能源的绿色建筑电气在安装与管理中由于风电波动性而导致的建筑系统整流环节直流母线电压稳定性不足、波动性强等问题，设计了一种融合自抗扰控制策略和深度确定性策略的自适应自抗扰控制策略，与比例积分控制、滑模控制进行同工况对比后，可得如下结论：（1） 引入自抗扰控制，提升了系统对扰动的抵抗能力，从而提升了绿色建筑电气系统整流环节直流母线电压的稳定性。（2） 利用深度确定性策略对自抗扰控制的参数进行自适应整定，提高了系统在扰动下的稳定性，从而保证了系统的平稳运行。

［1］ 朱城昊，王晗，孙国歧，等.一种并网逆变器直流电容容值辨识方法［J］.上海交通大学学报，2022，56（6）：693-700.

［2］ 胡长斌，程麟舒，罗珊娜，等.计及多种不确定因素的逆变器在线补偿控制［J］.控制工程，2023（1）：1-12.

［3］ 全少理，于昊正，马杰，等.交直流混合配网多逆变器分布式协同抗扰控制［J/OL］.上海交通大学学报，1-23［2024-09-06］.https：//doi.org/10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.492.

［4］ 贤燕华，江明轩，王世强.参数不确定并网逆变器的H_∞控制算法［J］.水电能源科学，2019，37（11）：185-188.

［5］ "LU M H，AL-DURRA A，MUYEEN S M，et al.Benchmarking of stability and robustness against grid impedance variation for LCL-filtered grid-interfacing inverters［J］.IEEE Transactions on Power Electronics，2018，33（10）：9033-9046.

［6］ LIU T，LIU JJ，LIU Z，et al.A study of virtual resistor-based active damping alternatives for LCL resonance in grid-connected voltage source inverters［J］.IEEE Transactions on Power Electronics，2020，5（1）：247-262.

［7］ GUAN Y P，WANG Y，XIE Y X，et al.The dual-current control strategy of grid-connected inverter with LCLfilter［J］.IEEE Transactions on Power Electronics，2019，34（6）：5940-5952.

［8］ 慕昆，何国锋.基于虚拟电阻的并网逆变器谐振抑制措施的研究［J］.可再生能源，2016，34（6）：815-820.

［9］ 刘吉宏，刘鹏飞，张树新，等.LCL 型光伏并网逆变器全局鲁棒滑模变结构双闭环控制［J］.可再生能源，2020，38（11）：1495-1499.

［10］ HUSSAIN M N，MELATH G，AGARWAL V.An active damping technique for PI and predictive controllers of an interlinking converter in an islanded hybridmicrogrid［J］.IEEE Transactions on Power Electronics，2021，36（5）：5521-5529.

［11］ MOHAMED I S，ROVETTA S，DO T D，et al.A neural-network-based model predictive control of three-phase inverter with an output-filter［J］.IEEE Access，2019：124737-124749.

［12］ BASIT B A，REHMAN A，CHOI HH，et al.A robust iterative learning control technique to efficiently mitigate disturbances for three-phase standalone inverters［J］.IEEE Transactions on Industrial Electronics，2022，69（4）：3233-3244.

［13］ 曹永锋，武玉衡，叶永强，等.基于微分前馈自抗扰的逆变器控制策略［J］.电力系统自动化，2019，43（5）：136-142.

［14］ 杨林，曾江，马文杰，等.基于改进二阶线性自抗扰技术的微网逆变器电压控制［J］.电力系统自动化，2019，43（4）：146-153.

［15］ 李志华，曾江，黄骏翅，等.基于线性自抗扰控制的微网逆变器时-频电压控制策略［J］.电力系统自动化，2020，44（10）：145-154.

收稿日期： 20240504

Design of Rectification Control Strategy in Electrical Installation and

Management of Green Buildings Based on Self Disturbance Rejection

WANG Qin， LIU Yangxu

（Shandong Environmental Protection Development Group Ecology Co.， Ltd.， Jinan 250013， China） Abstract：

A self-adaptive self disturbance rejection control strategy combining self disturbance rejection control strategy and deep deterministic strategy is designed to address the issues of insufficient stability and strong fluctuation of DC bus voltage in the rectification process of green building electrical systems using wind power as the energy source during installation and management due to wind power fluctuations.Establish a mathematical model for the rectification process in green building electrical systems based on the topology of the rectification process，and design an observer to estimate the interference in the system.Design an error feedback law to compensate for the disturbance and improve the system’s immunity，thereby suppressing the fluctuation phenomenon of DC bus voltage.Introducing a deep deterministic strategy to adaptively tune the feedback coefficients in self disturbance rejection control，forming an adaptive self disturbance rejection control that has optimal parameters in both transient and steady-state conditions，thereby improving the stability of DC bus voltage.Finally，an experimental model of the rectification section of the green building electrical system was built on the MATLAB/Simulink digital simulation experimental platform，and compared with other control strategies under the same operating conditions to verify the correctness and superiority of the proposed control strategy.Key words：

green building electrical; rectification process; self disturbance rejection; deep deterministic strategy; stability