[发明专利]一种基于非线性状态观测器的微电网分散式电压控制方法

摘要

本发明公开了一种基于非线性状态观测器的微电网分散式电压控制方法，包括步骤：步骤10)建立微电网中各分布式电源、连接网络和阻抗型负载的大信号模型；步骤20)对各分布式电源建立类龙伯格非线性状态观测器：步骤30)根据各分布式电源本地测量值实时估计其他分布式电源的动态特性；步骤40)基于无功功率均分和电压恢复的控制要求，实现微电网分散式电压控制。该控制方法基于分散式状态观测器实现微电网电压控制，不依赖于通讯传输和远程测量，避免了通讯延迟、数据丢包对控制性能的不利影响，有效提高控制稳定性及动态性能。

主权项

1.一种基于非线性状态观测器的微电网分散式电压控制方法，其特征在于，该控制方法包括下述步骤：步骤10)建立微电网中各分布式电源、连接网络和阻抗型负载的大信号模型：各分布式电源通过本地控制器中的下垂控制环设置逆变器输出电压及频率参考指令，如式(1)所示：式(1)中，ω_i表示第i个分布式电源本地角频率；ω_n表示分布式电源本地角频率参考值，单位：弧度/秒；m_Pi表示第i个分布式电源的频率下垂特性系数，单位：弧度/秒·瓦；P_i表示第i个分布式电源实际输出有功功率,单位：瓦；k_Vi表示第i个分布式电源的下垂控制增益；表示第i个分布式电源输出电压变化率，单位：伏/秒；V_n表示分布式电源输出电压参考值，单位：伏；V_o,magi表示第i个分布式电源输出电压，单位：伏；n_Qi表示第i个分布式电源的电压下垂特性系数，单位：伏/乏；Q_i表示第i个分布式电源实际输出无功功率，单位：乏；第i个分布式电源的实际输出有功功率Pi、无功功率Qi通过低通滤波器获得，如式(2)所示：式(2)中，表示第i个分布式电源有功功率变化率，单位：瓦/秒；ω_ci表示第i个分布式电源低通滤波器剪切频率，单位：弧度/秒；V_odi表示在第i个分布式电源的dq参考坐标系中，第i个分布式电源输出电压的d轴分量，单位：伏；V_oqi表示在第i个分布式电源的dq参考坐标系中，第i个分布式电源输出电压的q轴分量，单位：伏；i_odi表示在第i个分布式电源的dq参考坐标系中，第i个分布式电源输出电流的d轴分量，单位：安；i_oqi表示在第i个分布式电源的dq参考坐标系中，第i个分布式电源输出电压的q轴分量，单位：安；表示第i个分布式电源无功功率变化率，单位：乏/秒；各分布式电源一次控制通过锁相环控制使输出电压q轴分量为0；基于分布式电源电压的二次控制，得到式(3)：式(3)中，表示在第i个分布式电源的dq参考坐标系下，第i个分布式电源输出电压的d轴分量的变化率，单位：伏/秒；V_ni表示第i个分布式电源输出电压参考值，u_i表示二次电压控制量，单位：伏；分布式电源输出电流的动态方程如式(4)所示：式(4)中，表示在第i个分布式电源的dq参考坐标系中，第i个分布式电源输出电流的d轴分量的变化率，单位：安/秒；R_ci表示第i个分布式电源至母线i的连接电阻，单位：欧姆；L_ci表示第i个分布式电源至母线i的连接电感，单位：亨利；V_busdi表示在第i个分布式电源的dq参考坐标系中，母线i电压的d轴分量；表示在第i个分布式电源的dq参考坐标系中，第i个分布式电源输出电流的q轴分量的变化率，单位：安/秒；V_busqi表示在第i个分布式电源的dq参考坐标系中，母线i电压的q轴分量，单位：伏；根据式(1)～式(4)，得到第i个分布式电源动态方程，如式(5)所示：式中，表示第i个分布式电源的状态变量的变化率，表示δ_i的变化率；x_invi表示第i个分布式电源的状态变量，x_invi＝[δ_i,P_i,Q_i,V_odi,i_odi，i_oqi]^T；其中，δ_i表示第i个分布式电源的dq参考坐标系中dq轴与微电网公共参考坐标系DQ中DQ轴间的相角差，单位：弧度；f_invi(x_invi)表示第i个分布式电源状态函数，k_invi(x_invi)表示母线i电压扰动函数；V_busDQi＝[V_busDi,V_busQi]^T，V_busDi表示在公共参考坐标系DQ中，母线i在D轴的分量，单位：伏；V_busQi表示在公共参考坐标系DQ中，母线i在Q轴的分量，单位：伏；ω_com表示公共参考坐标系角频率，单位：弧度/秒；h_invi表示公共参考坐标系角频率的连接矩阵；g_invi表示第i个分布式电源输入矩阵；i_oDQi＝[i_oDi,i_oQi]^T,i_oDi表示在公共参考坐标系DQ中，第i个分布式电源输出电流在D轴的分量，i_oQi表示在公共参考坐标系DQ中，第i个分布式电源输出电流在Q轴的分量，单位：安；C_invci表示第i个分布式电源输出矩阵；介于母线i和母线j间第i条线路的电流动态方程如式(6)所示：式中，表示在公共参考坐标系DQ中，第i条线路电流D轴分量的变化率，单位：安/秒；r_linei表示第i条线路的线路电阻，单位：欧姆；L_linei表示第i条线路的线路电感，单位：亨利；i_lineDi表示在公共参考坐标系DQ中，第i条线路的电流在D轴分量，i_lineQi表示在公共参考坐标系DQ中，第i条线路的电流在Q轴分量，单位：安；V_busDi表示在公共参考坐标系DQ中，母线i在D轴分量，V_busDj表示在公共参考坐标系DQ中，母线j在D轴分量，表示在公共参考坐标系DQ中，第i条线路电流Q轴分量的变化率，单位：安/秒；V_busQi表示在公共参考坐标系DQ中，母线i在Q轴分量，单位：伏；V_busQj表示在公共参考坐标系DQ中，母线j在Q轴分量，单位：伏；连接于母线j的第j个负载的电流动态方程，如式(7)所示：式中，表示在公共参考坐标系DQ中，第j个负载电流D轴分量的变化率，单位：安/秒；R_loadj表示第j个负载的负载电阻，单位：欧姆；L_loadj表示第j个负载的负载电感，单位：亨利；i_loadDj为在公共参考坐标系DQ中，第j个负载的电流在D轴分量，i_loadQj为在公共参考坐标系DQ中，第j个负载的电流在Q轴分量，单位：安；表示在公共参考坐标系DQ中，下第j个负载电流Q轴分量的变化率，单位：安/秒；根据式(5)～式(7)，包含n个分布式电源，s条支路，p个负载的微电网大信号模型，如式(8)所示：其中，x＝[xinv1、...、xinvn，ilineDQ1、...、ilineDQs，iloadDQ1、...、iloadDQp]T，xinv1表示第1个分布式电源的状态变量，xinvn表示第n个分布式电源的状态变量，ilineDQ1＝[ilineD1,ilineQ1]T，ilineD1表示在公共参考坐标系DQ中，第1条线路的电流在D 轴分量，ilineQ1表示在公共参考坐标系DQ中，第1条线路的电流在Q轴分量，ilineDQs＝[ilineDs,ilineQs]T，ilineDs表示在公共参考坐标系DQ中，第s条线路的电流在D轴分量，ilineQs表示在公共参考坐标系DQ中，第s条线路的电流在Q轴分量，iloadDQ1＝[iloadD1,iloadQ1]T，iloadD1表示在公共参考坐标系DQ中，第1个负载的电流在D轴分量，iloadQ1表示在公共参考坐标系DQ中，第1个负载的电流在Q轴分量，iloadDQp＝[iloadDp,iloadQp]T，iloadDp表示在公共参考坐标系DQ中，第p个负载的电流在D轴分量，iloadQp表示在公共参考坐标系DQ中，第p个负载的电流在Q轴分量；u＝[u1....un]T，u1表示第1个分布式电源二次控制量，un表示第n个分布式电源二次控制量；f(x)表示微电网状态函数；g表示输入矩阵，yi表示第i个分布式电源输出值；hi(x)表示第i个分布式电源输出函数；步骤20)对各分布式电源建立类龙伯格非线性状态观测器：根据步骤10)所建立的微电网大信号模型，对各分布式电源建立本地龙伯格非线性状态观测器，如式(9)所示：式中，表示式(8)中微电网所有状态x的估计值，表示微电网中所有状态x的估计值的变化率；表示在估计值作用下微电网连接矩阵；L表示龙伯格状态观测器矩阵；表示第i个分布式电源对应于状态估计值的输出函数；步骤30)根据各分布式电源本地测量值实时估计其他分布式电源的动态特性：基于步骤20)各分布式电源所建立的状态观测器，采集本地输出电压Vodi、输出电流iodi、ioqi运行数据，实时估计其他分布式电源输出电压和输出功率；步骤40)基于无功功率均分和电压恢复的控制要求，实现微电网分散式电压控制：无功功率均分是指各分布式电源输出无功功率按功率容量进行分配，实现过程如式(10)所示：式中，δQ_i表示每个计算周期的无功功率控制信号；k_PQ表示无功功率比例积分控制器中比例项系数；表示第i个分布式电源无功功率参考值；k_iQ表示无功功率比例积分控制器中积分项系数；n_Qj表示第j个分布式电源的电压下垂特性系数；表示第j的分布式电源的无功功率估计值；电压恢复指分布式电源输出电压平均值恢复至额定值，实现过程如式(11)所示：式中，δV_i表示每个计算周期的平均电压恢复控制信号；k_PE表示平均电压比例积分控制器中比例项系数；V^*表示电压额定值；表示第i个分布电源估计的所有分布式电源输出电压平均值；k_iE表示平均电压比例积分控制器中积分项系数；表示第j个分布式电源的dq参考坐标系中，第j个分布式电源输出电流的d轴分量的估计值；结合式(10)和式(11)，各分布式电源的二次电压控制量如式(12)所示：ui＝δQi+δVi   式(12)。