[发明专利]一种减少光伏模型预测控制系统低电压穿越时稳态误差的方法

权利要求书

1.一种减少光伏模型预测控制系统低电压穿越时稳态误差的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据基尔霍夫电压定律，建立LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型：

其中：L表示线路等效电感；R表示线路等效电阻；U_abc、i_abc为逆变器输出交流三相电压、电流；e_abc为网侧三相电压；

2)对步骤1)LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型进行Park变换，得到光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型：

其中：

其中，T_abc→dq0为Park变换矩阵，ω为电角速度；并网逆变器电压方程在dq坐标系下存在交叉耦合项，采用前馈解耦控制，将交叉耦合项视为扰动，作为后续电流控制系统中的前馈补偿项；

3)根据步骤2)LCL光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型，将交叉耦合项视为扰动，采用网侧电压定向矢量控制，得到瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式：得出：瞬时有功功率P与i_d有关；瞬时无功功率Q与i_q有关；

4)根据步骤2)光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型和步骤3)LCL光伏并网逆变器电瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式，得到光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数：

其中：K_p和K_I分别为电流PI控制中的比例调节系数和积分调节系数，i_d^*和i_q^*分别为电流参考值，光伏并网逆变器稳定平衡状态下，用标幺值表示：i_d^*＝i_d＝1，i_q^*＝i_q＝0；

5)为实现光伏电站低电压穿越，光伏并网电压保持在发生电压跌落光伏电站不脱网最低电压至少1s时间，使光伏电站具有低电压穿越能力，在电压跌落工况下，对i_d和i_q进行控制，在并网稳定状态下，i_d对应的有功功率与视在功率相同，i_q对应的无功功率为0，为穿越过低电压状态，控制系统按照有功、无功电流参考值i_d^*和i_q^*进行有功、无功功率调节，根据步骤3)LCL光伏并网逆变器电瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式和步骤4)光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数，得到有功和无功电流参考值与额定电流关系式：及无功电流取值范围：

其中：U为光伏并网点电压标幺值；

6)采用模型预测控制MPC，实现光伏电站低电压穿越，将步骤2)光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型转换为状态方程：并在状态方程中引入采样时间T_s，得到光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的状态时域方程：

7)将步骤6)光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的状态方程进行离散化处理，并带入步骤6)光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的状态时域方程中，得到k+1时刻d轴、q轴的MPC方程：

其中：

8)为表示方便，将步骤7)k+1时刻d轴、q轴的预测方程中k时刻输出控制量展开为MPC方程：

其中：ΔE_d(k)、ΔE_q(k)为k时刻控制增量；

9)将步骤8)输出控制量MPC方程带入步骤7)k+1时刻d轴、q轴的MPC方程中，得到电流MPC控制方程：

其中：

10)为提高光伏MPC系统低电压穿越时无功分配精度，减少模型参数不匹配引起的系统稳态误差问题；定义光伏并网低电压穿越时，MPC自适应目标函数：

其中：N_p为MPC算法预测域；N_c为MPC算法控制域；n为预测次数；u_dq^*为网侧电压参考向量；Q、R为对角权值系数矩阵；Q_T为低电压穿越时光伏电站总无功功率缺口；Q_wmax为并网逆变器最大输出无功功率；当Q_T≤Q_wmax时，光伏低电压穿越时所需要的无功全部由并网逆变器调节所得；当Q_T＞Q_wmax时，光伏LVRT所需要的无功，除了由并网逆变器调节外，其余缺口由无功补偿设备输出，无功补偿设备输出无功为：Q_SVG＝Q_T-Q_wmax；将此目标函数引入电流控制环节中，起到减少光伏低电压穿越时控制系统稳态误差的作用。