本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)孤島微電網(wǎng)控制，特別是涉及到結(jié)合魯棒與自適應(yīng)控制的多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源需求的增長，以及對環(huán)境可持續(xù)性的日益關(guān)注，可再生能源在電力系統(tǒng)中的角色變得愈發(fā)重要。在這一背景下，微電網(wǎng)(microgrid,mg)作為一種新興的能源供應(yīng)解決方案，逐漸成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。孤島微電網(wǎng)由分布式能源資源和能量存儲(chǔ)設(shè)施組成，其獨(dú)特之處在于可以在與主電網(wǎng)失去連接時(shí)獨(dú)立運(yùn)行，或者在需要時(shí)與主電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)架構(gòu)依賴于中央化的發(fā)電和分布式的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，這種結(jié)構(gòu)面臨著能源供應(yīng)不穩(wěn)定、電力負(fù)荷波動(dòng)以及環(huán)境影響等挑戰(zhàn)。相比之下，孤島微電網(wǎng)通過將能源生產(chǎn)和消費(fèi)更加集成化地管理，為用戶提供了更加靈活和持續(xù)的電力選擇。其核心優(yōu)勢之一是可以利用當(dāng)?shù)乜稍偕茉促Y源，如太陽能光伏和風(fēng)能發(fā)電，減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴，從而降低碳排放和環(huán)境影響。

2、mg的傳統(tǒng)一次控制中的電壓電流雙閉環(huán)回路是基于比例積分(pi)控制器。pi控制器在微電網(wǎng)的一次控制環(huán)路中負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)和控制分布式能源資源的電流或電壓輸出。pi控制器確保微mg系統(tǒng)能夠有效地管理和優(yōu)化電力供應(yīng)。其高度靈活性和魯棒性使得微電網(wǎng)能夠適應(yīng)不同的運(yùn)行模式和環(huán)境條件，從而提高系統(tǒng)的可靠性、可用性和經(jīng)濟(jì)性。通過有效的pi控制器比例積分參數(shù)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，微電網(wǎng)能夠在提供清潔能源的同時(shí)，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)發(fā)展。

3、現(xiàn)有的傳統(tǒng)孤島微電網(wǎng)一次控制方法存在以下問題：

4、(1)現(xiàn)有的傳統(tǒng)孤島微電網(wǎng)pi控制器無法對外界環(huán)境變化如有效應(yīng)對負(fù)載變化、天氣波動(dòng)和電網(wǎng)失衡等復(fù)雜情況所帶來的干擾展現(xiàn)出較強(qiáng)的魯棒性，其輸出的電壓電流會(huì)發(fā)生一定畸變。影響mg輸出的電能質(zhì)量；

5、(2)現(xiàn)有的傳統(tǒng)孤島微電網(wǎng)pi控制器的性能高度依賴于參數(shù)的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。如果參數(shù)調(diào)節(jié)不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、穩(wěn)態(tài)誤差大或者頻繁的振蕩現(xiàn)象，這對于微電網(wǎng)這種需要高度穩(wěn)定性和靈活性的應(yīng)用來說尤為重要；

6、(3)現(xiàn)有的傳統(tǒng)孤島微電網(wǎng)在發(fā)電單元到公共母線上負(fù)載線路阻抗不一致時(shí)，會(huì)導(dǎo)致多逆變器產(chǎn)生的無功功率無法均分，導(dǎo)致某一發(fā)電單元承擔(dān)過多或過少的無功功率。這種不均衡可能會(huì)導(dǎo)致某些發(fā)電單元負(fù)載過重或效率低下。

7、因此，現(xiàn)有技術(shù)亟需一種新的技術(shù)方案來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種結(jié)合魯棒與自適應(yīng)控制的多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)控制方法，為了使每個(gè)發(fā)電單元能夠均分無功功率，建立了自適應(yīng)虛擬阻抗控制器，與相比傳統(tǒng)控制方法具有更強(qiáng)的魯棒性。

2、結(jié)合魯棒與自適應(yīng)控制的多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)控制方法，包括以下步驟，

3、步驟一、建立網(wǎng)狀孤島微電網(wǎng)中分布式發(fā)電單元dg結(jié)構(gòu)，根據(jù)dg結(jié)構(gòu)和濾波器參考值，結(jié)合電路kcl和kvl方程對逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模；對模型進(jìn)行park變換，獲得逆變器輸出電壓和輸出電流在直軸-正交軸dq值；

4、步驟二、以提高電能質(zhì)量及母線受到干擾波動(dòng)最小為目標(biāo)，進(jìn)行基于魯棒h∞控制的電壓外環(huán)h∞控制器建模，以及電流內(nèi)環(huán)h∞控制器建模；

5、步驟三、進(jìn)行分布式自適應(yīng)虛擬阻抗設(shè)計(jì)，獲得虛擬電感值，虛擬電阻以及電壓值。

6、所述逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型為：

7、

8、式中，if，vf分別為三相逆變器輸出的電流和電壓值；rf,lf,cf分別為濾波器對應(yīng)的濾波電阻，濾波電感，濾波電容；io，vo分別表示并入到孤島微電網(wǎng)母線上的三相電流和電壓。

9、所述模型進(jìn)行park變換公式為：

10、

11、式中，ifd，ifq，vfd，vfq分別為三相逆變器輸出的電流和電壓在dq軸上的值；iod，ioq，vod，voq分別表示并入到孤島微電網(wǎng)母線上的三相電流和電壓在dq軸上的值。本發(fā)明中ω表示逆變器的角頻率。

12、所述電壓外環(huán)h∞控制器建模方法為：

13、將參考電壓作為常數(shù)進(jìn)行跟蹤，將電壓d軸和q軸的參考值與輸出電壓d軸和q軸的分量進(jìn)行差值處理，得到電壓誤差，電壓誤差的公式為(4)所示：

14、

15、式中，evod，evoq為電壓差值在dq軸上的參考值。vod,ref，voq,ref為dq軸上母線電壓參考值；

16、將電壓作為一個(gè)跟蹤的參考值，參考電壓的導(dǎo)數(shù)視為0；將(4)進(jìn)行微分處理可以得到：

17、

18、式中，為電壓差值在dq軸上的導(dǎo)數(shù)。分別是母線電壓在dq軸上的導(dǎo)數(shù)；

19、逆變器系統(tǒng)包括下垂控制器和電壓電流雙閉環(huán)控制器；所述下垂控制器利用功率測量模塊獲取微型逆變器單元的輸出有功功率和無功功率，根據(jù)預(yù)設(shè)的下垂關(guān)系曲線計(jì)算出頻率和電壓的目標(biāo)值；所述目標(biāo)值用于確定輸出參考電壓，電壓電流雙閉環(huán)控制器對參考電壓進(jìn)行閉環(huán)跟蹤控制；建立表達(dá)式為：

20、

21、式中，是dq軸上母線電壓的二階微分；是dq軸上逆變器輸出的電流微分；是dq軸上母線電流的微分；ω為逆變器的角頻率；δc為系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)存在的不確定電容值；

22、對公式(6)進(jìn)行增廣處理，獲得狀態(tài)空間表達(dá)式(7)：

23、

24、式中，xv為系統(tǒng)的狀態(tài)空間；uv是控制器的輸入；wv是系統(tǒng)的擾動(dòng)量。

25、并且其具體變量為

26、根據(jù)公式(6)可以得到(7)中狀態(tài)空間的每個(gè)系統(tǒng)矩陣：

27、

28、式中，參數(shù)矩陣δbv1＝utg?(8)

29、式中，u和g為已知的常數(shù)矩陣，其中u∈r4×2，g∈r2×2；t為未知矩陣，t中的元素滿足ttt≤i；其中i表示單位矩陣。

30、建立h∞控制器中性能指標(biāo)調(diào)節(jié)的期望輸出矩陣zv：

31、zv＝cvxv+dvuv+dv11wv?(9)

32、式中，dv11＝0；

33、基于h∞控制系統(tǒng)的狀態(tài)反饋魯棒控制器的控制增益kv為：

34、uv＝kvxv??????(10)

35、式中，kv＝[kvi,kv],kv∈r4×2，根據(jù)在狀態(tài)空間設(shè)置的uv，得到uv的具體數(shù)學(xué)公式：

36、

37、式中，為dq軸上逆變器輸出的電流微分；為dq軸上母線電壓的微分；

38、計(jì)算電壓環(huán)路輸出的電流參考值ifd，ref和ifq，ref，作為電流環(huán)的輸入，公式為：

39、

40、式中，kvi∈r2×2,kv∈r2×2是增益kv的兩部分。

41、所述魯棒h∞控制滿足的魯棒要求為：

42、h∞魯棒控制的性能指標(biāo)輸出矩陣zv對于擾動(dòng)信號w的應(yīng)該具有魯棒性，zv的性能指標(biāo)應(yīng)該小于γ，表達(dá)公式為：

43、

44、式中，是系統(tǒng)的h∞范數(shù)；

45、根據(jù)逆變器系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)γ的約束條件為γ＞0，根據(jù)schur補(bǔ)性質(zhì)，以公式(7)和公式(9)得到h∞的優(yōu)化問題，建立線性矩陣不等式lmis為：

46、

47、式中，n為正定矩陣，并且n∈r4×4,z∈r2×4，通過計(jì)算獲得可行解n與z；通過h∞魯棒控制反饋控制系統(tǒng)的增益kv＝zn-1。

48、所述電流內(nèi)環(huán)h∞控制器建模方法為：

49、采用公式(3)對魯棒h∞控制在電流環(huán)路中進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。設(shè)置系統(tǒng)的狀態(tài)變量xl表示如下：

50、xl＝[x1?x2?x3?x4]t?(15)

51、在公式(3)的基礎(chǔ)上增加逆變器系統(tǒng)內(nèi)部的波動(dòng)變化量和外界干擾量得到公式為：

52、

53、式中，δl和δr是當(dāng)系統(tǒng)存在外界擾動(dòng)或系統(tǒng)本身具有波動(dòng)時(shí)，電路存在的不確定的電感值和電阻值；設(shè)電流環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式如下：

54、

55、式中，ul是控制器的輸入；wl是系統(tǒng)的擾動(dòng)量；

56、系統(tǒng)狀態(tài)空間為：

57、xl＝[ifd-ifd,ref,∫(ifd-ifd,ref)dt,ifq-ifq,ref,∫(ifq-ifq,ref)dt]t???????(18)

58、系統(tǒng)的輸入設(shè)置為ul＝[vfd?vfq]t，wl＝[wld?wlq]t其具體表達(dá)方式為：

59、

60、獲得狀態(tài)空間公式(17)的具體表達(dá)式為：

61、

62、根據(jù)公式(20)獲得狀態(tài)空間的系統(tǒng)矩陣為：

63、

64、其中，δbl1是一個(gè)參數(shù)不確定矩陣，δbl1作為系統(tǒng)的擾動(dòng)矩陣可以寫成：

65、δbl1＝j(luò)oy?(21)

66、式中，j和y為已知的常數(shù)矩陣，其中j∈r4×2，y∈r2×2。o為未知矩陣，o中的元素滿足oto≤i；

67、zl為h∞控制器中性能指標(biāo)調(diào)節(jié)的期望輸出矩陣，公式為：

68、zl＝clxl+dlul+dl11wl?(22)

69、式中，dl11＝0；

70、建立lmis，求解控制器增益kl1，輸出結(jié)果為：

71、

72、所述分布式自適應(yīng)虛擬阻抗設(shè)計(jì)方法為：

73、設(shè)置每個(gè)dg單元只與其相連接的dg進(jìn)行通。以此設(shè)置mg的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。根據(jù)通信結(jié)構(gòu)將鄰接矩陣表示為a*；

74、

75、式中，表示第i個(gè)dg單元與第j個(gè)dg通信鏈路連接形式；將通信矩陣a*轉(zhuǎn)化為馬爾科夫矩陣a：

76、

77、式中，aij表示第i個(gè)dg單元與第j個(gè)dg在馬爾可夫通信鏈路上的連接形式；矩陣a為右隨機(jī)矩陣，即有且僅有一個(gè)最大的特征值1且對應(yīng)一個(gè)右特征向量；不斷運(yùn)行的系統(tǒng)符合馬爾可夫鏈的平穩(wěn)分布；

78、建立無功控制均分控制器：

79、qe＝a×qerrors????(26)

80、式中，

81、式中，qi表示第i個(gè)dg單元的無功功率；由于矩陣a在馬爾可夫穩(wěn)態(tài)分布中使bj為一個(gè)實(shí)數(shù)，即其每列元素相同；使無功誤差qerrors,ij通過控制器后得到共識(shí)的qe；

82、將qe在分布式自適應(yīng)控制器dac中計(jì)算得到虛擬電感值lv；其被設(shè)計(jì)為：

83、

84、式中，kk為自適應(yīng)控制器參數(shù)；

85、虛擬電阻為：

86、

87、經(jīng)過虛擬阻抗產(chǎn)生的電壓降在dq軸上的表達(dá)式為：

88、

89、式中，vd,drop與vq,drop為d軸和q軸上的電壓下降值。

90、通過上述設(shè)計(jì)方案，本發(fā)明可以帶來如下有益效果：結(jié)合魯棒與自適應(yīng)控制的多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)控制方法，建立了自適應(yīng)虛擬阻抗控制器。h∞控制器以其優(yōu)異的魯棒性能著稱，能夠有效地處理系統(tǒng)模型不確定性、外部擾動(dòng)和參數(shù)變化等因素帶來的影響。無需經(jīng)常調(diào)整參數(shù)以適應(yīng)不同的工作條件。當(dāng)mg在孤島模式運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)不可避免的存在一定擾動(dòng)時(shí)，能夠通過最小化系統(tǒng)對于各種不確定性的靈敏度，提高系統(tǒng)的控制性能和穩(wěn)定性。它能夠在設(shè)計(jì)時(shí)考慮系統(tǒng)的整體頻率響應(yīng)，從而更好地實(shí)現(xiàn)對微電網(wǎng)系統(tǒng)中頻率、電壓等重要參數(shù)的精確控制。分布式自適應(yīng)虛擬阻抗的加入可以讓微電網(wǎng)能夠更好的負(fù)載均攤，使得mg壽命得以延長。