本发明涉及微电网控制领域，尤其是一种解决低压微网功率耦合和扰动的方法。
背景技术：
随着分布式能源的应用和发展，微电网逐步兴起。微网技术能有效的整合分布式电源的优势，为大规模应用分布式电源提供合理的技术路线。国际上对微网的运行和控制方面已经进行了很多研究工作，并得到很多成果。
在大多数微网功率控制方法的研究中，都是以感性线路的情况进行分析，但是微网线路一般是阻性或是阻感性线路，从而导致了微网运行中有功、无功功率的耦合，增加了控制难度。所以，不管是在并网或者是在孤网的运行之下，又或者运用其他控制方法的时候，微网的功率耦合都是必须要解决的一个难题。实现有功、无功功率的独立解耦控制，灵活调节微网内线路潮流，保证微网内负荷和微电源之间供需平衡，使得微网安全、有效的运行。
目前，在相关微网控制领域中，很少有针对微网功率耦合机理进行阐述分析，若直接将传统控制方法应用于微网环境，可能会引起微网电能质量问题，影响系统的稳定运行；一些研究为了确保输出阻抗成感性，采用在微电源功率接口输出端加入大电感的方式，这会导致线路压降和投资费用的增加，解决微网供电线路功率耦合问题，还应着眼于其控制方法的改进。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种基于逆解耦的微电网自抗扰控制方法，用以解决上述问题。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法包括以下步骤：
步骤1，建立微电网线路功率传输模型；
步骤2，采用相对增益方法对微网线路的耦合性分析；
步骤3，采用逆解耦方法对微网进行解耦控制；
步骤4，采用自抗扰控制方法对模型失配和扰动进行补偿；
步骤5，确定算例以及其必要特征，采用matlab/simulink软件对算例进行仿真分析。
进一步的，所述步骤1的具体过程如下：
1-1，分析微网线路参数特点
传统电力系统都是高压线路，线路参数中电抗远大于电阻，即x>>r，在高压线路中相角差主要取决于有功功率，电压幅值差主要取决于无功功率，有功与无功功率之间不存在耦合关系；
低压微电网的线路参数与传统电力系统不同，其电阻与电抗为同一数量级，不能忽视其电阻的大小，难以直接实现微网的有功和无功功率解耦控制；所以对于低压微网线路特性，应该提出一种有效的控制方法以解决微电网的有功功率和无功功率的精确控制；
1-2，微网线路功率传输模型
微网线路潮流公式为：
式中：s＝p+jq为微网线路功率，微电源通过低压线路与微网母线连接，z＝r+jx为微网线路阻抗，u1、δ为节点1处电压有效值和电压相角；u2为节点2处电压有效值；设节点2处电压相角为0，由于δ通常很小，则一般认为sinδ＝δ，cosδ＝1；
由上分析可得下式：
引入电压降落纵分量δu、电压降落横分量δu，其余节点电压1、2电压、相位差关系为：
输入量与输出量的传递关系为：
由上式可知传递函数没有出现对角情形，难以实现解耦控制，而传统功率控制方法直接通过δu-p、δu-q的对应关系来对有功、无功进行控制，实际上只要δu、δu中的任意一个控制量被调整时，p和q会在同一时间发生变化，这就是微电网线路有功和无功的控制通道之间发生了耦合现象，所以需要将微电网线路有功、无功功率耦合问题再做进一步研究，找到可以解决微网功率解耦的控制方法，实现微网有功、无功功率的独立控制。
进一步的，所述步骤2的具体过程如下：
2-1，相对增益矩阵及其含义
相对增益是多输入多输出系统中说明耦合程度的一个概念；在一个多输入多输出系统中，令mj为一个输入变量，ci为一个输出变量，定义当输入变量mj变而其他变量不变时ci相对于mj的变化率为第一放大系数；当除了输出变量ci外其他输出变量都不变时ci相对于mj的变化率为第二放大系数；mj→ci的相对增益为第一放大系数和第二放大系数之比，即
式中：λij为mj→ci的相对增益；m'表示只有此通道输入变量变化，剩余输入变量都不变化；c'表示只有此通道输出变量变化，其余输出变量都不变化；
可知，当λij值为1时，其余的控制通道相对于mj→ci并没有造成影响，所以mj→ci与其余的通道没有存在耦合现象；
2-2，微网线路的耦合性分析
当λij趋于1时，此时mj和ci为最优配对，剩下的通道都是耦合通道；在低压微电网中，r>>x，而
式中：
进一步的，所述步骤3的具体过程如下：
3-1，逆解耦方法
控制对象要实现完全解耦，需使耦合支路的数学联系为0，即通过解耦方法将传递函数矩阵设置为对角矩阵；逆解耦方法由前向通道和反向通道构成，其省却了传递矩阵的求逆过程，解耦器易于工程实现，广义对象和被控过程的对角元素相等，解耦投切前后不需重新调整控制器参数；
3-2，求解解耦矩阵
解耦矩阵d(s)的设计目标是使g(s)d(s)为一个对角矩阵q(s)，则解耦矩阵d(s)＝g(s)-1q(s)；逆解耦方法的解耦矩阵为d(s)＝dd(s)(i-do(s)dd(s))-1；记前向通道的传递函数矩阵为dd(s)，反向通道的传递函数矩阵为do(s)，广义对象是对角矩阵为q(s)，如下：
进一步的，所述步骤4的具体过程如下：
上述分析了微网线路功率模型的配对与解耦，但由于微网模型会存在误差与不确定的扰动，这不仅导致减弱解耦效果，还会降低系统的稳定性；
提出自抗扰控制器(adrc)针对模型失配和存在的不确定扰动进行补偿，能够有效的解决上述问题，增强解耦控制系统的鲁棒性；设计扩张状态观测器(eso)对误差进行估计，为该环节设计比例控制器u0＝kp(ri-yi)，合理调整参数kp即可得到满意的控制性能。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、通过相对增益分析方法对低压微网线路功率模型进行配对选择，量化控制通道耦合度；
2、根据已知模型信息设计解耦环节，避免了矩阵求逆运算，降低解耦器控制复杂度；
3、以自抗扰控制器补偿微网功率模型的误差，从而解决微网运行过程中的功率耦合和不确定扰动的问题；采用matlab/simulink对算例进行仿真研究，验证了所提解耦方法的有效性。
附图说明
图1是本发明方法的微网简化等效模型图。
图2是本发明方法的逆解耦器结构示意图。
图3是本发明方法的逆解耦控制框图。
图4是本发明方法的自抗扰器(adrc)结构图。
图5是本发明方法的逆解耦器自抗扰控制方案结构示意图。
图6是本发明方法的整体控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
结合图6，本发明方法具体步骤如下：
(1)建立微电网线路功率传输模型；
(1-1)分析微网线路参数特点
传统电力系统都是高压线路，线路参数中电抗远大于电阻，即x>>r,在高压线路中相角差主要取决于有功功率，电压幅值差主要取决于无功功率，有功与无功功率之间不存在耦合关系；
低压微电网的线路参数与传统电力系统不同，其电阻与电抗为同一数量级,不能忽视其电阻的大小，难以直接实现微网的有功和无功功率解耦控制；所以对于低压微网线路特性，应该提出一种有效的控制方法，以解决微电网的有功功率和无功功率的精确控制；
(1-2)微网线路功率传输模型
如附图1所示，可得微网线路潮流公式为：
式中：s＝p+jq为微网线路功率，微电源通过低压线路与微网母线连接，z＝r+jx为微网线路阻抗，u1和δ——节点1处电压有效值和电压相角；u2——节点2处电压有效值；设节点2处电压相角为0，由于δ通常很小，则一般认为sinδ＝δ，cosδ＝1。
由上分析可得下式：
引入电压降落纵分量δu、电压降落横分量δu，其余节点电压1、2电压、相位差关系为：
输入量与输出量的传递关系为：
由上式可知传递函数没有出现对角情形，难以实现解耦控制，而传统功率控制方法直接通过δu-p、δu-q的对应关系来对有功、无功进行控制，实际上只要δu、δu中的任意一个控制量被调整时，p和q会在同一时间发生变化，这就是微电网线路有功和无功的控制通道之间发生了耦合现象，所以需要将微电网线路有功、无功功率耦合问题再做进一步研究，找到可以解决微网功率解耦的控制方法，实现微网有功、无功功率的独立控制。
(2)采用相对增益方法对微网线路的耦合性分析；
(2-1)相对增益矩阵及其含义
相对增益是多输入多输出系统中说明耦合程度的一个概念；在一个多输入多输出系统中，令mj为一个输入变量，ci为一个输出变量，定义当输入变量mj变而其他变量不变时ci相对于mj的变化率为第一放大系数；当除了输出变量ci外其他输出变量都不变时ci相对于mj的变化率为第二放大系数。mj→ci的相对增益为第一放大系数和第二放大系数之比，即
式中：λij为mj→ci的相对增益；m'表示只有此通道输入变量变化，剩余输入变量都不变化；c'表示只有此通道输出变量变化，其余输出变量都不变化。从中可知，当λij值为1时，其余的控制通道相对于mj→ci并没有造成影响，所以mj→ci与其余的通道没有存在耦合现象；
(2-2)微网线路的耦合性分析
当λij趋于1时，此时mj和ci为最优配对，剩下的通道都是耦合通道；在低压微电网中，r>>x，而
式中：
(3)采用逆解耦方法对微网进行解耦控制；
(3-1)逆解耦方法
控制对象要实现完全解耦，需使耦合支路的数学联系为0，即通过解耦方法将传递函数矩阵设置为对角矩阵；本发明提出的逆解耦方法由前向通道和反向通道构成，其省却了传递矩阵的求逆过程，解耦器易于工程实现，广义对象和被控过程的对角元素相等，解耦投切前后不需重新调整控制器参数；
(3-2)求解解耦矩阵
记广义对象是对角矩阵q(s)，前向通道的传递函数矩阵为dd(s),反向通道的传递函数矩阵为do(s)，如附图2所示；d(s)可由如下矩阵运算得到
d(s)＝dd(s)(i-do(s)dd(s))-1
对上式两端进行求逆运算得：
d(s)-1＝(i-do(s)dd(s))dd(s)-1＝dd(s)-1-do(s)
又有d(s)-1＝q(s)-1g(s)代入上式可得：
do(s)＝dd(s)-1-q(s)-1g(s)
本发明设定dd(s)＝i,以使广义对象和被控过程的对角元素相等，可得：
可得逆解耦的解耦矩阵：
广义对象的矩阵为：
逆解耦控制框图如附图3所示。
(4)采用自抗扰控制方法对模型失配和扰动进行补偿；
上述分析了微网线路功率模型的配对与解耦，但由于微网模型会存在误差与不确定的扰动，这不仅导致减弱解耦效果，还会降低系统的稳定性；
本发明提出自抗扰控制器(adrc)可以针对模型失配和存在的不确定扰动进行补偿，能够有效的解决上述问题，增强解耦控制系统的鲁棒性，如附图4所示；设计扩张状态观测器(eso)对误差进行估计，为该环节设计比例控制器u0＝kp(ri-yi)，合理调整参数kp即可得到满意的控制性能；
在逆解耦自抗扰控制方法的控制下，可以实现微电网功率的完全解耦，实现有功、无功功率的独立控制，如附图5所示。
(5)用matlab/simulink软件进行仿真分析；
(5-1)确定算例以及其必要特征；
选取光伏分布式电源为微电源，微网线路为每1km的阻抗为z＝r+jx＝0.64+j0.325ω作为算例，整体控制框图如附图6所示；
设系统初工况为微电源向电网提供有功功率22kw，无功功率为10kvar；当系统稳定时，增加有功负荷至30kw，微电源向电网提供的无功功率不变；当系统重新进入稳定状态，保持微电源向电网提供的有功功率不变，增加无功负荷至20kw；
(5-2)采用matlab/simulink对算例进行仿真分析
通过仿真可知该模型在电网功率需求发生变化时，暂态过程短暂，系统响应迅速，有功、无功功率之间输出互相不受影响，解耦效果明显。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。