[发明专利]一种基于反推模型预测控制的储能系统控制器设计方法

说明书

本申请提供一种基于反推模型预测控制的储能系统控制器设计方法，其特征在于，所述方法包括：建立储能并网逆变器数学模型；利用反推控制将虚拟控制量作为参考电流送入内环控制器；对预测模型进行优化。本申请提供的方法直接将虚拟控制量作为参考电流送入内环控制器，不仅避免了对虚拟控制量多次求导，而且降低了控制器设计的复杂度。

技术领域

本申请涉及电力系统储能控制器技术领域，特别涉及一种基于反推模型预测控制的储能 系统控制器设计方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展和城市供用电形式的深度变革，高可靠性供电、高渗透率分布 式能源友好接入对电网安全可靠运行提出了更高要求。但由于电能无法大量储存，传统电网 运行模式是所谓的“即发即用”状态，发电量与用电量需保持一种动态的平衡，当系统中发 生扰动就会引起功率的失衡，进而严重情况下会影响电网的安全稳定运行。而储能因其具有 电能储存，配置灵活以及削峰填谷等特点，在现代电网的发-输-配等各个部分发挥着举足轻 重的作用。通过对储能变流器快速可靠的控制能够有效提高响应电网需求的能力，增强电网 的可靠性和灵活性。因此，储能控制技术的研究被越来越多的学者关注。

维持储能系统直流侧电压稳定是功率稳定传输的前提。因此，改善电压稳定性和动态响 应性是复杂的储能系统控制器优化的主要方向。研究表明采用双闭环PI控制对DC/AC变换 器进行控制，实现了系统PQ解耦控制，控制简单且便于实现，但动态响应速度和控制精度 有待提高。已有研究提出一种基于并网逆变器的模型预测控制，能够有效降低控制策略设计 的复杂度并改善系统动态响应速度慢等问题。而基于模型预测设计了内环电流控制器，提高 了系统的动态响应速度，但未考虑外环PI控制器存在的积分饱和以及电压稳定性不高等问题。 为避免积分饱和，采用反推控制设计控制器，有效改善了直流侧电压波动较大的问题，但需 要对虚拟控制量多次求导增加了控制运算量。逆变器在建模仿真分析中对电感值总是设定成 定值，当电感上流过大电流时，电感值会发生变化，定值的电感对系统的控制精度会有影响。

虽然以上方法都在一定程度上解决了某些方面的问题，但是确一直未能有效解决储能逆 变器直流电压波动较大以及动态响应速度慢的问题，及时一定程度上解决了储能逆变器直流 电压波动较大以及动态响应速度慢的问题，又同时引入了运算量过大等其他问题。

发明内容

本申请提供了一种基于反推模型预测控制的储能系统控制器设计方法，可用于解决储能 逆变器直流电压波动较大以及动态响应速度慢的技术问题。

本申请提供一种基于反推模型预测控制的储能系统控制器设计方法，所述方法包括：

建立储能并网逆变器数学模型；

利用反推控制将虚拟控制量作为参考电流送入内环控制器；

对预测模型进行优化。

可选的，建立储能并网逆变器数学模型，包括：

公式(1)中，R为等效电阻，U_sk为电网侧电压，i_k为电网侧电流，U_rk为变流器交流侧电压；其中，k＝a,b,c，a、b、c分别表示电压的三相，L为电感；

对公式(1)进行dq坐标变换，得到dq坐标系下的换流器的数学模型如下式：

公式(2)中，i_q为电流的q轴分量，i_d为电流的d轴分量，U_sd为电压的d轴分量，U_sq为电压的q轴分量，U_rd为换流器交流侧d轴电压值，U_rq为换流器的交流侧q轴电压值；

稳态下U_sq＝0且阻值R较小其损耗可忽略不计，变流器从交流侧吸收的有功功率和无功功 率为：