(一)技术领域：
本发明属于可再生能源发电系统技术领域，特别是一种基于自抗扰控制技术的微网实验系统。
(二)
背景技术：
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近些年，随着我国电网规模的不断扩大，充分暴露出超大规模电力系统的缺点，这些超大规模电力系统建设费用昂贵、运行管理复杂，也越来越不容易满足用户对用电的可靠性和安全性的要求。为了有效减少电力生产和供应成本，优化资源分配，在电力行业适时引入竞争机制，便使得分布式发电在电力系统中成为一个新的研究重点。
分布式发电尽管具备许多优点，但其实也有很多问题需要解决。比如，单个分布式电源并入电网费用较高、运行管理也比较复杂等问题，而且分布式微电源相对常规电网来说，具有某些无法控制的因素。因此常规公共电网处置分布式微电源通常采用限制、隔离这两种途径，将微电网的接入给公用电网带来的冲击尽可能的控制到最小，而且对分布式微电源接入公共电网制定了相关标准，即当公共电网因某种原因发生事故或检修时，微电网中的逆变器要能快速控制分布式微电源立刻与公共电网断开并进入离网运行模式工作，这种独特的逆变器工作方式在很大程度上制约了分布式能源的广泛应用。同时，为了充分深入研究这种独特的逆变器工作方式，使分布式微电源能为相关电网事业的发展作出贡献，同时给广大电力用户带来更多的方便与经济利益，在二十一世纪初，电力界的诸多相关研究者们提出了微电网的概念。
自抗扰控制技术是中科院研究员韩京清先生于近年来首次提出的一种非线性鲁棒控制技术，针对pid控制器不易满足复杂工业对象高性能要求的缺点，为了改善pid控制器在强干扰及非线性系统中的控制效果，韩先生在改进非线性pid控制器的基础上提出了自抗扰控制的理念。自抗扰控制器不依赖于被控对象精确的数学模型，算法简单，在未知强非线性和不确定强干扰作用下仍能保证控制精度，显示 出良好的工程应用前景。
(三)
技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种基于自抗扰控制技术的微网实验系统，它可以克服现有技术的不足，将自抗扰控制技术和微网实验技术相结合，解决了pid控制器的快速性和超调之间的矛盾，实现了各种分布式电源、储能单元、负荷以及控制系统组成的微网实验系统的平稳运行，实现了微网并网运行状态和孤岛运行状态的无缝切换，具有很好的动态品质，是一种结构简单、运行可靠、安全精度高的系统。
本发明的技术方案：一种基于自抗扰控制技术的微网实验系统，包括微网及微网中的负荷、dc/ac逆变器、dc/dc斩波器、ac/dc整流器；其特征在于它包括微型可控电源模块、可再生能源模块、储能模块、逆变器控制模块和自抗扰控制器；其中，所述微型可控电源模块、可再生能源模块和储能模块均通过逆变器与微网中的交流母线连接；所述微网中的交流母线通过公共连接点pcc和变比为20kv/220v的变压器与配电网连接；所述逆变器控制模块与微网中的逆变器呈双向连接；所述自抗扰控制器嵌入在逆变器控制模块中，其输入端接收逆变器输出的电压信号和参考信号，输出端输出pwm调制信号给逆变器模块。
所述微型可控电源模块由微型燃气轮机mt、燃料电池fc组成；其中微型燃气轮机mt是一种涡轮式热力流体机械，由压气机、燃烧室、燃气涡轮等主要部件组成，通过ac/dc整流器和dc/ac逆变器与交流母线相连，燃料电池fc通过dc/ac逆变器直接与交流母线相连。
所述可再生能源模块是双馈风力发电系统wt及光伏发电系统pv中的一种或两种。
所述光伏发电系统pv由光伏阵列、滤波电容器、boost斩波电路、mppt电路组成；所述光伏阵列与滤波电容相连；所述滤波电容与boost斩波电路连接；所述mppt电路与光伏阵列和boost斩波电路连接；所述boost斩波电路通过逆变器和滤波电路与交流母线相连。
所述双馈风力发电系统wt由风机、齿轮箱、双馈发电机组成；其中所述风机与齿轮箱相连，齿轮箱与双馈发电机相连，双馈发电机 的定子与电网直接相连，转子通过ac/dc整流器、平波电容和dc/ac逆变器与交流母线相连。
所述储能模块由超级电容储能系统和蓄电池储能系统组成，其中超级电容储能系统通过dc/dc斩波器和dc/ac逆变器与交流母线相连，蓄电池储能系统通过dc/ac逆变器与交流母线相连。
所述逆变器控制模块由采样电路、i/o转换模块、自抗扰控制器、及pwm发生器组成；其中，所述采样电路的输入端采集主电路中负载的电压、电流信号，其输出端连接i/o转换模块的输入端；其中自抗扰控制器的输入端接收由i/o转换模块发出的信号，其输出端连接pwm发生器的输入端；pwm发生器的输出端输出驱动信号送入逆变器以实现对其的控制。
所述自抗扰控制器由跟踪微分器td、扩张状态观测器eso、非线性状态误差反馈nlsef组成；设定值v0输入td，td根据v0输出安排的过渡过程v1和其微分信号v2，逆变器的输出和输入信号输入到eso，eso输出逆变器的估计状态z1、z2和作用于逆变器的总扰动z3，进而得到状态误差e1＝v1-z1，e2＝v2-z2，e1和e2输入到nlsef，nlsef输出控制规律u0，对误差反馈控制量u0用扰动值z3的补偿量来得到最终的控制量u＝u0-z3/b0，控制信号u输入到pwm发生器产生驱动信号来控制逆变器的输出电压。
一种基于自抗扰控制的微网实验系统的逆变器控制方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)从主电路逆变器的性能出发，以微分形式表示逆变器的特性，得到控制量；
(2)由控制电路中的采样模块从主电路中采集到电流信号经过i/o转换送入自抗扰控制器，只需检测输入和输出电压，以任意给定的v0为adrc的参考输入，u为控制输入量，控制的目的是要达到使系统输出v能跟踪给定值v0；
(3)调整跟踪微分器td的参数，使其能够快速准确地跟踪输入信号的动态特性，并获取近似微分信号，为状态误差信号及其微分的提取提供基础；
(4)调整扩张状态观测器eso的参数，估计出系统状态量及扰 动量；
(5)调整非线性状态误差反馈的参数使闭环系统达到理想的效果，最后将其输出送入pwm发生器产生触发信号驱动逆变器工作。
本发明的工作原理：本微电网实验系统的风力发电部分为5.5kw双馈风力发电系统，光伏发电部分由功率为100w的多晶硅太阳电池板，每个电池阵列按照30块电池板串联进行设计。微电网实验室系统为三相，电压为220v，频率为50hz。
双馈风力发电系统的控制方式为变桨距控制，可以追踪最大风能功率，提高了风能利用率。双馈电机的定子与电网直接连接，转子通过变频器连接到电网中，可对有功和无功进行控制。变频器可以改变发电机转子输入电流的频率，进而可以保证发电机定子输出跟电网频率同步，实现变速恒频控制。
光伏阵列为一种直流电源，通常需要经过boost斩波电路进行电压幅值变换，既可以保证光伏阵列始终工作在输入电流连续的状态，又可以升压保证逆变器正常工作。然后通过dc/ac逆变器将直流电变换成交流电后接入电网。光伏阵列自身具有的伏安特性使其必须通过最大功率跟踪环节才能获得理想的运行效率，通过控制斩波器的快关器件动作策略，可以实现光伏阵列最大功率跟踪。同时光伏发电系统还需要并网控制环节，通过逆变器来实现，以保证光伏阵列的输出在较大范围内变化时，始终以较高的效率进行电能变换。
储能系统是微网必不可少的一部分，可以有效地满足需求侧管理，平滑功率输出。储能系统可以更高效地利用微网发出的电能，从提高电能利用率的层面降低供电成本，同时在微网系统模式切换时维持系统运行稳定性，提供持续的功率输出；在长期孤岛运行期间，充当电源，起到平峰填谷的关键作用。根据实验室微网储能系统要平滑功率输出，提高电能质量的要求并且整个微网系统功率比较小，而铅酸蓄电池价格便宜，构造成本低，可靠性好，技术成熟，我们采用额定电压为12v的铅酸蓄电池，先串联再并联提供24v的输出点电压作为微网实验系统的储能环节。
微网中的大部分模块都需要经过逆变器与交流母线相连接，逆变器的工作状态对微网的运行状态有很大影响。微网在并网运行模式和 孤岛运行模式之间进行无缝切换，需要对逆变器进行精确的控制。针对逆变器控制系统的特点，将自抗扰控制技术应用于逆变器的控制中，它利用其扩张状态观测器，将系统模型中的不确定因素和外部干扰进行动态观测，当作一个虚拟的状态量进行估计，通过非线性反馈，在控制输入中消掉该项虚拟的状态量，即自动消除扰动，并利用逆变器交直流两侧参量之间的物理关系确定adrc的三个基本组件的参数，通过调参，达到良好的控制效果。
基于扩张状态观测器的自抗扰控制，是一种非线性鲁棒控制技术，它用配置非线性结构替代极点配置进行控制系统的设计，依靠期望轨迹与实际轨迹的误差大小和方向实施非线性反馈控制，是一种基于过程误差来减小误差的方法。自抗扰控制器不依赖于被控对象精确的数学模型，算法简单，在未知强非线性和不确定强干扰作用下仍能保证控制精度，显示出良好的工程应用前景。
本发明的优越性和技术效果在于：①本文所设计的实验室微网系统虽然规模小，但是较好地模拟了光伏电源和风机的输出特性，可以稳定地工作于并网模式和孤岛模式，并能实现二者之间的无缝切换，通过对蓄电池的充放电控制实现了暂态时快速的负荷跟踪，能够限制电压和频率在允许的范围内，具有良好的稳态和暂态性能；②将自抗扰控制技术应用于逆变器控制中，具有超调小，过渡过程短的特点，在很大范围内可以适应对象模型和周围环境的变化，且不影响控制器的控制品质，具有很好的鲁棒性。
(四)附图说明：
图1为本发明所涉一种基于自抗扰控制技术的微网实验系统的整体结构框图。
图2为本发明所涉一种基于自抗扰控制技术的微网实验系统的光伏并网发电原理图。
图3为本发明所涉一种基于自抗扰控制技术的微网实验系统的双馈风力发电系统结构图。
图4为本发明所涉一种基于自抗扰控制技术的微网实验系统的逆变器控制模块原理图。
(五)具体实施方式：
实施例：一种基于自抗扰控制技术的微网实验系统，包括微网及微网中的负荷、dc/ac逆变器、dc/dc斩波器、ac/dc整流器；其特征在于它包括微型可控电源模块、可再生能源模块、储能模块、逆变器控制模块和自抗扰控制器；其中，所述微型可控电源模块、可再生能源模块和储能模块均通过逆变器与微网中的交流母线连接；所述微网中的交流母线通过公共连接点pcc和变比为20kv/220v的变压器与配电网连接；所述逆变器控制模块与微网中的逆变器呈双向连接；所述自抗扰控制器嵌入在逆变器控制模块中，其输入端接收逆变器输出的电压信号和参考信号，输出端输出pwm调制信号给逆变器模块。
所述微型可控电源模块由微型燃气轮机mt、燃料电池fc组成；其中微型燃气轮机mt是一种涡轮式热力流体机械，由压气机、燃烧室、燃气涡轮等主要部件组成，通过ac/dc整流器和dc/ac逆变器与交流母线相连，燃料电池fc通过dc/ac逆变器直接与交流母线相连。
所述可再生能源模块是双馈风力发电系统wt及光伏发电系统pv中的一种或两种。
所述光伏发电系统pv由光伏阵列、滤波电容器、boost斩波电路、mppt电路组成；所述光伏阵列与滤波电容相连；所述滤波电容与boost斩波电路连接；所述mppt电路与光伏阵列和boost斩波电路连接；所述boost斩波电路通过逆变器和滤波电路与交流母线相连。
所述双馈风力发电系统wt由风机、齿轮箱、双馈发电机组成；其中所述风机与齿轮箱相连，齿轮箱与双馈发电机相连，双馈发电机的定子与电网直接相连，转子通过ac/dc整流器、平波电容和dc/ac逆变器与交流母线相连。
所述储能模块由超级电容储能系统和蓄电池储能系统组成，其中超级电容储能系统通过dc/dc斩波器和dc/ac逆变器与交流母线相连，蓄电池储能系统通过dc/ac逆变器与交流母线相连。
所述逆变器控制模块由采样电路、i/o转换模块、自抗扰控制器、及pwm发生器组成；其中，所述采样电路的输入端采集主电路中负载的电压、电流信号，其输出端连接i/o转换模块的输入端；其中自 抗扰控制器的输入端接收由i/o转换模块发出的信号，其输出端连接pwm发生器的输入端；pwm发生器的输出端输出驱动信号送入逆变器以实现对其的控制。
所述自抗扰控制器由跟踪微分器td、扩张状态观测器eso、非线性状态误差反馈nlsef组成；设定值v0输入td，td根据v0输出安排的过渡过程v1和其微分信号v2，逆变器的输出和输入信号输入到eso，eso输出逆变器的估计状态z1、z2和作用于逆变器的总扰动z3，进而得到状态误差e1＝v1-z1，e2＝v2-z2，e1和e2输入到nlsef，nlsef输出控制规律u0，对误差反馈控制量u0用扰动值z3的补偿量来得到最终的控制量u＝u0-z3/b0，控制信号u输入到pwm发生器产生驱动信号来控制逆变器的输出电压。
一种基于自抗扰控制的微网实验系统的逆变器控制方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)从主电路逆变器的性能出发，以微分形式表示逆变器的特性，得到控制量；
(2)由控制电路中的采样模块从主电路中采集到电流信号经过i/o转换送入自抗扰控制器，只需检测输入和输出电压，以任意给定的v0为adrc的参考输入，u为控制输入量，控制的目的是要达到使系统输出v能跟踪给定值v0；
(3)调整跟踪微分器td的参数，使其能够快速准确地跟踪输入信号的动态特性，并获取近似微分信号，为状态误差信号及其微分的提取提供基础；
(4)调整扩张状态观测器eso的参数，估计出系统状态量及扰动量；
(5)调整非线性状态误差反馈的参数使闭环系统达到理想的效果，最后将其输出送入pwm发生器产生触发信号驱动逆变器工作。
一种基于自抗扰控制技术的微网实验系统(见图1)，包括微网及微网中的负荷、dc/ac逆变器、dc/dc斩波器、ac/dc整流器；其特征在于它包括微型可控电源模块、可再生能源模块、储能模块、逆变器控制模块和自抗扰控制器；其中，所述微型可控电源模块、可再生能源模块和储能模块均通过逆变器与微网中的交流母线连接；所 述微网中的交流母线通过公共连接点pcc和变比为20kv/220v的变压器与配电网连接；所述逆变器控制模块与微网中的逆变器呈双向连接；所述自抗扰控制器嵌入在逆变器控制模块中，其输入端接收逆变器输出的电压信号和参考信号，输出端输出pwm调制信号给逆变器模块。
所述微型可控电源模块由微型燃气轮机mt、燃料电池fc组成；其中微型燃气轮机mt是一种涡轮式热力流体机械，由压气机、燃烧室、燃气涡轮等主要部件组成，通过ac/dc整流器和dc/ac逆变器与交流母线相连，燃料电池fc通过dc/ac逆变器直接与交流母线相连。
所述可再生能源模块是双馈风力发电系统wt及光伏发电系统pv中的一种或两种。
所述光伏发电系统pv由光伏阵列、滤波电容器、boost斩波电路、mppt电路组成；所述光伏阵列与滤波电容相连；所述滤波电容与boost斩波电路连接；所述mppt电路与光伏阵列和boost斩波电路连接；所述boost斩波电路通过逆变器和滤波电路与交流母线相连(见图2)。
所述双馈风力发电系统wt由风机、齿轮箱、双馈发电机组成；其中所述风机与齿轮箱相连，齿轮箱与双馈发电机相连，双馈发电机的定子与电网直接相连，转子通过ac/dc整流器、平波电容和dc/ac逆变器与交流母线相连(见图3)。
所述储能模块由超级电容储能系统和蓄电池储能系统组成，其中超级电容储能系统通过dc/dc斩波器和dc/ac逆变器与交流母线相连，蓄电池储能系统通过dc/ac逆变器与交流母线相连。
所述逆变器控制模块由采样电路、i/o转换模块、自抗扰控制器、及pwm发生器组成；其中，所述采样电路的输入端采集主电路中负载的电压、电流信号，其输出端连接i/o转换模块的输入端；其中自抗扰控制器的输入端接收由i/o转换模块发出的信号，其输出端连接pwm发生器的输入端；pwm发生器的输出端输出驱动信号送入逆变器以实现对其的控制。
所述自抗扰控制器由跟踪微分器td、扩张状态观测器eso、非 线性状态误差反馈nlsef组成(见图4)；设定值v0输入td，td根据v0输出安排的过渡过程v1和其微分信号v2，逆变器的输出和输入信号输入到eso，eso输出逆变器的估计状态z1、z2和作用于逆变器的总扰动z3，进而得到状态误差e1＝v1-z1，e2＝v2-z2，e1和e2输入到nlsef，nlsef输出控制规律u0，对误差反馈控制量u0用扰动值z3的补偿量来得到最终的控制量u＝u0-z3/b0，控制信号u输入到pwm发生器产生驱动信号来控制逆变器的输出电压。
一种基于自抗扰控制的微网实验系统的逆变器控制方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)从主电路逆变器的性能出发，以微分形式表示逆变器的特性，得到控制量；
(2)由控制电路中的采样模块从主电路中采集到电流信号经过i/o转换送入自抗扰控制器，只需检测输入和输出电压，以任意给定的v0为adrc的参考输入，u为控制输入量，控制的目的是要达到使系统输出v能跟踪给定值v0；
(3)调整跟踪微分器td的参数，使其能够快速准确地跟踪输入信号的动态特性，并获取近似微分信号，为状态误差信号及其微分的提取提供基础；
(4)调整扩张状态观测器eso的参数，估计出系统状态量及扰动量；
(5)调整非线性状态误差反馈的参数使闭环系统达到理想的效果，最后将其输出送入pwm发生器产生触发信号驱动逆变器工作。