微電網(wǎng)運(yùn)行控制-非線性觀測(cè)器的微電網(wǎng)分散式電壓控制方法

[全]微電網(wǎng)運(yùn)行控制-非線性觀測(cè)器的微電網(wǎng)分散式電壓控制方法隨著地球資源的日漸衰竭以及人們對(duì)環(huán)境問題的關(guān)注，可再生能源的接入越來越受到世界各國(guó)的重視。微電網(wǎng)是一種在能量供應(yīng)系統(tǒng)中增加可再生能源和分布式能源滲透率的新興能量傳輸模式，其組成部分包括不同種類的分布式能源(distributedenergyresources，DER，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏、燃料電池、儲(chǔ)能設(shè)備等)、各種電負(fù)荷和/或熱負(fù)荷的用戶終端以及相關(guān)的監(jiān)控、保護(hù)裝置。微電網(wǎng)內(nèi)部的電源主要由電力電子器件負(fù)責(zé)能量的轉(zhuǎn)換，并提供必須的控制；微電網(wǎng)相對(duì)于外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，并可同時(shí)滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量和供電安全等的要求。微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間通過公共連接點(diǎn)進(jìn)行能量交換，雙方互為備用，從而提供了供電的可靠性。由于微電網(wǎng)是規(guī)模較小的分散系統(tǒng)，與負(fù)荷的距離較近，可以增加本地供電的可靠性、降低網(wǎng)損，大大增加了能源利用效率，是一種符合未來智能電網(wǎng)發(fā)展要求的新型供電模式。下垂控制由于可以實(shí)現(xiàn)無通訊的功率均分受到關(guān)注，但各分布式電源輸出電壓會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)偏差，同時(shí)，由于各分布式電源輸出阻抗不同無功功率均分很難達(dá)到滿意效果。因此，需要采用微電網(wǎng)二次電壓控制，提高無功均分及電壓性能。目前設(shè)計(jì)的協(xié)同電壓控制主要有集中控制方法和分布式控制方法，都依賴于通訊技術(shù)，但是通訊過程通常受到信息延時(shí)、數(shù)據(jù)丟包的影響，甚至影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。基于以上原因，有必要研究一套分散式控制系統(tǒng)，不依賴于遠(yuǎn)程測(cè)量和實(shí)時(shí)通訊，進(jìn)行無功功率均分和分布式電源輸出電壓的恢復(fù)控制，提高，提升微網(wǎng)穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)性能，提高電能質(zhì)量。問題拆分包括以下步驟：步驟10）建立微電網(wǎng)中各分布式電源、連接網(wǎng)絡(luò)和阻抗型負(fù)載的大信號(hào)模型；步驟20）對(duì)各分布式電源建立類龍伯格非線性狀態(tài)觀測(cè)器：步驟30）根據(jù)各分布式電源本地測(cè)量值實(shí)時(shí)估計(jì)其他分布式電源的動(dòng)態(tài)特性；步驟40）基于無功功率均分和電壓恢復(fù)的控制要求，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)分散式電壓控制。該控制方法基于分散式狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)電壓控制，不依賴于通訊傳輸和遠(yuǎn)程測(cè)量，避免了通訊延遲、數(shù)據(jù)丟包對(duì)控制性能的不利影響，有效提高控制穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)性能。問題解決技術(shù)問題：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于非線性狀態(tài)觀測(cè)器的微電網(wǎng)分散式電壓控制方法，由各分布式電源的狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)時(shí)估計(jì)出其他分布式電源的輸出電壓、無功功率值，調(diào)節(jié)二次電壓控制量，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)無功功率均分和平均電壓恢復(fù)，從而提高微電網(wǎng)的穩(wěn)定性和控制性能。技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例采取一種基于非線性狀態(tài)觀測(cè)器的微電網(wǎng)分散式電壓控制方法，包括下述步驟：步驟10)建立微電網(wǎng)中各分布式電源、連接網(wǎng)絡(luò)和阻抗型負(fù)載的大信號(hào)模型：各分布式電源通過本地控制器中的下垂控制環(huán)設(shè)置逆變器輸出電壓及頻率參考指令，如式(1)所示：式(1)中，ωi表示第i個(gè)分布式電源本地角頻率；ωn表示分布式電源本地角頻率參考值，單位：弧度/秒；mPi表示第i個(gè)分布式電源的頻率下垂特性系數(shù)，單位：弧度/秒·瓦；Pi表示第i個(gè)分布式電源實(shí)際輸出有功功率,單位：瓦；kVi表示第i個(gè)分布式電源的下垂控制增益；表示第i個(gè)分布式電源輸出電壓變化率，單位：伏/秒；Vn表示分布式電源輸出電壓參考值，單位：伏；Vo,magi表示第i個(gè)分布式電源輸出電壓，單位：伏；nQi表示第i個(gè)分布式電源的電壓下垂特性系數(shù)，單位：伏/乏；Qi表示第i個(gè)分布式電源實(shí)際輸出無功功率，單位：乏；第i個(gè)分布式電源的實(shí)際輸出有功功率Pi、無功功率Qi通過低通濾波器獲得，如式(2)所示：式(2)中，表示第i個(gè)分布式電源有功功率變化率，單位：瓦/秒；ωci表示第i個(gè)分布式電源低通濾波器剪切頻率，單位：弧度/秒；Vodi表示在第i個(gè)分布式電源的dq參考坐標(biāo)系中，第i個(gè)分布式電源輸出電壓的d軸分量，單位：伏；Voqi表示在第i個(gè)分布式電源的dq參考坐標(biāo)系中，第i個(gè)分布式電源輸出電壓的q軸分量，單位：伏；iodi表示在第i個(gè)分布式電源的dq參考坐標(biāo)系中，第i個(gè)分布式電源輸出電流的d軸分量，單位：安；ioqi表示在第i個(gè)分布式電源的dq參考坐標(biāo)系中，第i個(gè)分布式電源輸出電壓的q軸分量，單位：安；表示第i個(gè)分布式電源無功功率變化率，單位：乏/秒；各分布式電源一次控制通過鎖相環(huán)控制使輸出電壓q軸分量為0；基于分布式電源電壓的二次控制，得到式(3)：式(3)中，表示在第i個(gè)分布式電源的dq參考坐標(biāo)系下，第i個(gè)分布式電源輸出電壓的d軸分量的變化率，單位：伏/秒；Vni表示第i個(gè)分布式電源輸出電壓參考值，ui表示二次電壓控制量，單位：伏；分布式電源輸出電流的動(dòng)態(tài)方程如式(4)所示：式(4)中，表示在第i個(gè)分布式電源的dq參考坐標(biāo)系中，第i個(gè)分布式電源輸出電流的d軸分量的變化率，單位：安/秒；Rci表示第i個(gè)分布式電源至母線i的連接電阻，單位：歐姆；Lci表示第i個(gè)分布式電源至母線i的連接電感，單位：亨利；Vbusdi表示在第i個(gè)分布式電源的dq參考坐標(biāo)系中，，母線i電壓的d軸分量；表示在第i個(gè)分布式電源的dq參考坐標(biāo)系中，第i個(gè)分布式電源輸出電流的q軸分量的變化率，單位：安/秒；Vbusqi表示在第i個(gè)分布式電源的dq參考坐標(biāo)系中，母線i電壓的q軸分量，單位：伏；根據(jù)式(1)～式(4)，得到第i個(gè)分布式電源動(dòng)態(tài)方程，如式(5)所示：式中，表示第i個(gè)分布式電源的狀態(tài)變量的變化率，表示δi的變化率；xinvi表示第i個(gè)分布式電源的狀態(tài)變量，xinvi＝[δi,Pi,Qi,Vodi,iodi，ioqi]T；其中，δi表示第i個(gè)分布式電源的dq參考坐標(biāo)系中dq軸與微電網(wǎng)公共參考坐標(biāo)系DQ中DQ軸間的相角差，單位：弧度；finvi(xinvi)表示第i個(gè)分布式電源狀態(tài)函數(shù)，kinvi(xinvi)表示母線i電壓擾動(dòng)函數(shù)；VbusDQi＝[VbusDi,VbusQi]T，VbusDi表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，母線i在D軸的分量，單位：伏；VbusQi表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，母線i在Q軸的分量，單位：伏；ωcom表示公共參考坐標(biāo)系角頻率，單位：弧度/秒；hinvi表示公共參考坐標(biāo)系角頻率的連接矩陣；ginvi表示第i個(gè)分布式電源輸入矩陣；ioDQi＝[ioDi,ioQi]T,ioDi表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第i個(gè)分布式電源輸出電流在D軸的分量，ioQi表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第i個(gè)分布式電源輸出電流在Q軸的分量，單位：安；Cinvci表示第i個(gè)分布式電源輸出矩陣；介于母線i和母線j間第i條線路的電流動(dòng)態(tài)方程如式(6)所示：式中，表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第i條線路電流D軸分量的變化率，單位：安/秒；rlinei表示第i條線路的線路電阻，單位：歐姆；Llinei表示第i條線路的線路電感，單位：亨利；ilineDi表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第i條線路的電流在D軸分量，ilineQi表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第i條線路的電流在Q軸分量，單位：安；VbusDi表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，母線i在D軸分量，VbusDj表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，母線j在D軸分量，表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第i條線路電流Q軸分量的變化率，單位：安/秒；VbusQi表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，母線i在Q軸分量，單位：伏；VbusQj表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，母線j在Q軸分量，單位：伏；連接于母線j的第j個(gè)負(fù)載的電流動(dòng)態(tài)方程，如式(7)所示：式中，表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第j個(gè)負(fù)載電流D軸分量的變化率，單位：安/秒；Rloadj表示第j個(gè)負(fù)載的負(fù)載電阻，單位：歐姆；Lloadj表示第j個(gè)負(fù)載的負(fù)載電感，單位：亨利；iloadDj為在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第j個(gè)負(fù)載的電流在D軸分量，iloadQj為在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第j個(gè)負(fù)載的電流在Q軸分量，單位：安；表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，下第j個(gè)負(fù)載電流Q軸分量的變化率，單位：安/秒；根據(jù)式(5)～式(7)，包含n個(gè)分布式電源，s條支路，p個(gè)負(fù)載的微電網(wǎng)大信號(hào)模型，如式(8)所示：其中，x＝[xinv1、...、xinvn，ilineDQ1、...、ilineDQs，iloadDQ1、...、iloadDQp]T，xinv1表示第1個(gè)分布式電源的狀態(tài)變量，xinvn表示第n個(gè)分布式電源的狀態(tài)變量，ilineDQ1＝[ilineD1,ilineQ1]T，ilineD1表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第1條線路的電流在D軸分量，ilineQ1表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第1條線路的電流在Q軸分量，ilineDQs＝[ilineDs,ilineQs]T，ilineDs表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第s條線路的電流在D軸分量，ilineQs表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第s條線路的電流在Q軸分量，iloadDQ1＝[iloadD1,iloadQ1]T，iloadD1表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第1個(gè)負(fù)載的電流在D軸分量，iloadQ1表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第1個(gè)負(fù)載的電流在Q軸分量，iloadDQp＝[iloadDp,iloadQp]T，iloadDp表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第p個(gè)負(fù)載的電流在D軸分量，iloadQp表示在公共參考坐標(biāo)系DQ中，第p個(gè)負(fù)載的電流在Q軸分量；u＝[u1....un]T，u1表示第1個(gè)分布式電源二次控制量，un表示第n個(gè)分布式電源二次控制量；f(x)表示微電網(wǎng)狀態(tài)函數(shù)；g表示輸入矩陣，yi表示第i個(gè)分布式電源輸出值；hi(x)表示第i個(gè)分布式電源輸出函數(shù)；步驟20)對(duì)各分布式電源建立類龍伯格非線性狀態(tài)觀測(cè)器：根據(jù)步驟10)所建立的微電網(wǎng)大信號(hào)模型，對(duì)各分布式電源建立本地龍伯格非線性狀態(tài)觀測(cè)器，如式(9)所示：式中，表示式(8)中微電網(wǎng)所有狀態(tài)x的估計(jì)值，表示微電網(wǎng)中所有狀態(tài)x的估計(jì)值的變化率；表示在估計(jì)值作用下微電網(wǎng)連接矩陣；L表示龍伯格狀態(tài)觀測(cè)器矩陣；表示第i個(gè)分布式電源對(duì)應(yīng)于狀態(tài)估計(jì)值的輸出函數(shù)；步驟30)根據(jù)各分布式電源本地測(cè)量值實(shí)時(shí)估計(jì)其他分布式電源的動(dòng)態(tài)特性：基于步驟20)各分布式電源所建立的狀態(tài)觀測(cè)器，采集本地輸出電壓Vodi、輸出電流iodi、ioqi運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)估計(jì)其他分布式電源輸出電壓和輸出功率；步驟40)基于無功功率均分和電壓恢復(fù)的控制要求，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)分散式電壓控制：無功功率均分是指各分布式電源輸出無功功率按功率容量進(jìn)行分配，實(shí)現(xiàn)過程如式(10)所示：式中，δQi表示每個(gè)計(jì)算周期的無功功率控制信號(hào)；kPQ表示無功功率比例積分控制器中比例項(xiàng)系數(shù)；表示第i個(gè)分布式電源無功功率參考值；kiQ表示無功功率比例積分控制器中積分項(xiàng)系數(shù)；nQj表示第j個(gè)分布式電源的電壓下垂特性系數(shù)；表示第j的分布式電源的無功功率估計(jì)值；電壓恢復(fù)指分布式電源輸出電壓平均值恢復(fù)至額定值，實(shí)現(xiàn)過程如式(11)所示：式中，δVi表示每個(gè)計(jì)算周期的平均電壓恢復(fù)控制信號(hào)；kPE表示平均電壓比例積分控制器中比例項(xiàng)系數(shù)；V*表示電壓額定值；表示第i個(gè)分布電源估計(jì)的所有分布式電源輸出電壓平均值；kiE表示平均電壓比例積分控制器中積分項(xiàng)系數(shù)；表示第j個(gè)分布式電源的dq參考坐標(biāo)系中，第j個(gè)分布式電源輸出電流的d軸分量的估計(jì)值；結(jié)合式(10)和式(11)，各分布式電源的二次電壓控制量如式(12)所示：ui＝δQi+δVi式(12)作為優(yōu)選例，所述的公共參考坐標(biāo)系DQ是指第1個(gè)分布式電源的dq參考坐標(biāo)系，其余分布式電源、支路電流、負(fù)載電流的狀態(tài)變量通過坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)換到公共參考坐標(biāo)系DQ中。作為優(yōu)選例，所述的步驟10)中，負(fù)載為阻抗型負(fù)載。作為優(yōu)選例，所述的步驟10)中，按照各分布式電源有功容量確定頻率下垂特性系數(shù)mPi；按照各分布式電源無功容量確定電壓下垂特性系數(shù)nQi。作為優(yōu)選例，所述的步驟40)中，實(shí)現(xiàn)無功功率均分和平均電壓恢復(fù)的分散電壓控制是基于各分布式電源對(duì)其他分布式電源實(shí)時(shí)狀態(tài)的估計(jì)值，不需要依賴于通訊。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明實(shí)施例的控制方法采用分散式電壓控制方法，不依賴于遠(yuǎn)程測(cè)量和通信線路，基于狀態(tài)觀測(cè)器估計(jì)實(shí)時(shí)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)無功功率均分和各分布式電源平均電壓恢復(fù)，從而提高微電