Abstract A decentralized voltage control scheme to achieve robust stability and robust performance of islanded direct current (DC) microgrids is presented in this paper. The investigated microgrid consists of multiple distributed generation (DG) units with a general topology, each one comprising a local uncertain ZIP (constant impedance (Z), constant current (I), and constant power (P)) load. The proposed controller confers the following main advantages: 1) the design procedure is scalable, 2) it has a completely decentralized structure, 3) it prepares stability and desirable performance of the nominal closed-loop microgrid, 4) it preserves robust stability as well as robust performance of microgrid system under different sources of uncertainty, including plug-and-play (PnP) functionalities of DGs, microgrid topology changes, uncertain ZIP load, and unmodeled load dynamics, 5) every local controller is the solution of a unique convex optimization problem, resulting in the optimal performance and robustness to several different successive changes. First, a linear time-invariant (LTI) state-space model is developed for each DG subsystem with capturing disturbances, and different uncertainty sources are modeled as a new single polytope. Then, all control objectives are converted into a robust dynamic output-feedback-based controller for an LTI polytopic system with H ∞ performance criterion. Finally, the obtained nonconvex problem is reduced to a linear matrix inequality (LMI) based optimization problem. Several simulation case studies are carried out in MATLAB to demonstrate the effectiveness of the proposed controller.

中文翻译：

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不确定直流微电网的鲁棒分散电压控制

摘要 本文提出了一种分散式电压控制方案，以实现孤岛直流 (DC) 微电网的鲁棒稳定性和鲁棒性能。所研究的微电网由具有通用拓扑结构的多个分布式发电 (DG) 单元组成，每个单元包含一个局部不确定 ZIP（恒定阻抗 (Z)、恒定电流 (I) 和恒定功率 (P)）负载。所提出的控制器具有以下主要优点：1）设计程序是可扩展的，2）它具有完全分散的结构，3）它准备了名义闭环微电网的稳定性和理想的性能，4）它也保持了稳健的稳定性作为微电网系统在不同不确定性来源下的稳健性能，包括 DG 的即插即用 (PnP) 功能、微电网拓扑变化、不确定的 ZIP 负载，和未建模的负载动态，5）每个局部控制器都是一个独特的凸优化问题的解决方案，导致最佳性能和对几个不同连续变化的鲁棒性。首先，为每个具有捕获扰动的 DG 子系统开发线性时不变 (LTI) 状态空间模型，并将不同的不确定性源建模为新的单一多胞体。然后，对于具有 H ∞ 性能标准的 LTI 多面体系统，所有控制目标都转换为基于动态输出反馈的鲁棒控制器。最后，将得到的非凸问题简化为基于线性矩阵不等式 (LMI) 的优化问题。在 MATLAB 中进行了几个仿真案例研究，以证明所提出的控制器的有效性。5）每个局部控制器都是一个独特的凸优化问题的解决方案，导致对几个不同的连续变化的最佳性能和鲁棒性。首先，为每个具有捕获扰动的 DG 子系统开发线性时不变 (LTI) 状态空间模型，并将不同的不确定性源建模为新的单一多胞体。然后，对于具有 H ∞ 性能标准的 LTI 多面体系统，所有控制目标都转换为基于动态输出反馈的鲁棒控制器。最后，将得到的非凸问题简化为基于线性矩阵不等式 (LMI) 的优化问题。在 MATLAB 中进行了几个仿真案例研究，以证明所提出的控制器的有效性。5）每个局部控制器都是一个独特的凸优化问题的解决方案，导致对几个不同的连续变化的最佳性能和鲁棒性。首先，为每个具有捕获扰动的 DG 子系统开发线性时不变 (LTI) 状态空间模型，并将不同的不确定性源建模为新的单一多胞体。然后，对于具有 H ∞ 性能标准的 LTI 多面体系统，所有控制目标都转换为基于动态输出反馈的鲁棒控制器。最后，将得到的非凸问题简化为基于线性矩阵不等式 (LMI) 的优化问题。在 MATLAB 中进行了几个仿真案例研究，以证明所提出的控制器的有效性。导致对几个不同的连续变化的最佳性能和鲁棒性。首先，为每个具有捕获扰动的 DG 子系统开发线性时不变 (LTI) 状态空间模型，并将不同的不确定性源建模为新的单一多胞体。然后，对于具有 H ∞ 性能标准的 LTI 多面体系统，所有控制目标都转换为基于动态输出反馈的鲁棒控制器。最后，将得到的非凸问题简化为基于线性矩阵不等式 (LMI) 的优化问题。在 MATLAB 中进行了几个仿真案例研究，以证明所提出的控制器的有效性。导致对几个不同的连续变化的最佳性能和鲁棒性。首先，为每个具有捕获扰动的 DG 子系统开发线性时不变 (LTI) 状态空间模型，并将不同的不确定性源建模为新的单一多胞体。然后，对于具有 H ∞ 性能标准的 LTI 多面体系统，所有控制目标都转换为基于动态输出反馈的鲁棒控制器。最后，将得到的非凸问题简化为基于线性矩阵不等式 (LMI) 的优化问题。在 MATLAB 中进行了几个仿真案例研究，以证明所提出的控制器的有效性。并且不同的不确定性来源被建模为一个新的单一多胞体。然后，对于具有 H ∞ 性能标准的 LTI 多面体系统，所有控制目标都转换为基于动态输出反馈的鲁棒控制器。最后，将得到的非凸问题简化为基于线性矩阵不等式 (LMI) 的优化问题。在 MATLAB 中进行了几个仿真案例研究，以证明所提出的控制器的有效性。并且不同的不确定性来源被建模为一个新的单一多胞体。然后，对于具有 H ∞ 性能标准的 LTI 多面体系统，所有控制目标都转换为基于动态输出反馈的鲁棒控制器。最后，将得到的非凸问题简化为基于线性矩阵不等式 (LMI) 的优化问题。在 MATLAB 中进行了几个仿真案例研究，以证明所提出的控制器的有效性。