配电网多逆变器分布式抗扰协同控制器及控制方法与流程

本发明涉及配电网运行控制，具体是一种配电网多逆变器分布式抗扰协同控制器及控制方法。

背景技术：

1、由于全球气候变暖和能源危机，我国电力系统正加快向适应大规模高比例新能源的新型电力系统转变。其中，配电网是分布式电源并网的重要途经，能够更加灵活、高效地消纳新能源电能，在新能源并网方面具有巨大优势。配电网中除了分布式能源外，还有储能、电动汽车充电桩等设备通过逆变器并网，配电网呈现出高比例新能源和高比例逆变器的特性。

2、由于逆变器非线性动态特性强、模型复杂、参数时变，给高比例电力电子化的配电网稳定控制带来巨大挑战。本发明提出一种配电网多逆变器分布式抗扰协同控制器，将模型不确定性、参数误差以及外部扰动等因素等效为集总扰动项，利用观测器技术对集总扰动项进行准确估计，设计多逆变器的分布式抗扰协同控制策略。每个逆变器通过与相邻逆变器交换量测数据和观测器的估计结果，实现全网电压协同控制和主动扰动抑制，有效提高配电网多逆变器系统的电压稳定和抗扰能力。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，提供的一种配电网多逆变器分布式抗扰协同控制器及控制方法，该控制器主要由扰动观测模块、分布式协同控制模块和反馈控制补偿模块组成。扰动观测模块对逆变器输入-输出通道中的模型不确定性、参数误差和外部扰动等综合影响进行估计；分布式协同控制模块根据扰动观测模块的估计结果、本地电压量测量和电压参考向量，计算逆变器i与相邻逆变器之间的电压误差向量；反馈控制补偿模块根据邻居逆变器之间的电压误差向量、综合扰动估计量和电压参考向量，生成控制输入信号vni，从而实现配电网多逆变器系统的电压稳定控制能力。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种配电网多逆变器分布式抗扰协同控制器，包括：

3、数据量测模块，用于量测配电网逆变器i的并网点电压vodi；

4、扰动观测模块，与所述数据量测模块连接，用于将配电网逆变器i的并网点电压vodi作为输入量，生成综合扰动估计值d和逆变器电压信息向量

5、分布式协同控制模块，与所述扰动观测模块连接，根据逆变器i与逆变器j的电压信息向量和参考电压向量z0＝[vodref,0]t，生成逆变器i与相邻逆变器之间的电压信息误差向量ei；

6、反馈控制补偿模块，用于根据综合扰动估计值d、逆变器i与相邻逆变器之间的电压信息误差向量ei，通过反馈补偿控制律计算生成逆变器的电压控制输入信号vni。

7、一种配电网多逆变器分布式抗扰协同控制方法，包括以下步骤：

8、数据量测模块量测配电网多逆变器的并网点电压vodi；

9、扰动观测模块将配电网逆变器的并网点电压vodi作为输入量，生成综合扰动估计值d和逆变器电压信息向量

10、分布式协同控制模块根据逆变器i电压信息向量参考指令z0和相邻逆变器交换信息向量估计值生成逆变器i与相邻逆变器j之间的电压信息误差向量ei；

11、反馈控制补偿模块根据综合扰动估计值d、逆变器i与相邻逆变器之间的电压信息误差向量ei，通过反馈补偿计算生成控制输入信号vni。

12、进一步地，所述配电网多逆变器包括逆变器和基本控制器。

13、进一步地，所述逆变器的直流侧模型为：

14、

15、其中，rdc、ldc和cdc分别为逆变器等效电阻、电感和电容，pv为逆变器输出有功功率，idc为直流电流，vdcs和vdc分别为直流电源电压和逆变器直流母线电压；

16、所述逆变器的交流侧模型为：

17、

18、其中，rf、lf和cf分别为逆变器交流侧lc滤波器的电阻、电感和电容，rg和lg为逆变器等效并网电阻和电感，vgd、vod和vtd分别为电网母线电压向量、逆变器并网点电压向量和逆变器交流侧母线电压向量的d轴分量，vgq、voq和vtq为电网母线电压向量、逆变器并网点电压向量和逆变器交流侧母线电压向量的q轴分量，itd和iod为滤波器电流和并网等效阻抗电流的d轴分量，itq和ioq为滤波器电流和并网等效阻抗电流的q轴分量，ω为交流电网角频率。

19、所述基本控制器的模型为：

20、

21、其中，mp和mq为有功、无功功率下垂系数，pm和qm为有功功率和无功功率的量测值，vn为电压控制参考值，上标“*”代表各变量的参考值，ωc为功率环滤波常数，φd和φq为电压控制器d轴和q轴状态变量，γd和γq为电流控制器d轴和q轴状态变量，kpc和kic为电压控制器的比例和积分系数，kpv和kiv为电流控制器的比例和积分系数，ωb为电网基准角频率。

22、进一步地，所述扰动观测模块将配电网逆变器i的并网点电压vodi输入，生成综合扰动估计值d和逆变器电压信息向量其计算公式为：

23、

24、其中，z1i和z2i为等效状态变量，z1i＝vodi，di为新增状态量，用来表示逆变器输入-输出通道中的综合扰动估计值；上标“^”代表各状态量的估计值，下表“i”代表逆变器i的变量和参数。εi为一个较小的正实数，取值范围为0<εi<<1，h1i～h3i为观测器增益，β0i为输入增益。

25、进一步地，观测器增益h1i～h3i的配置原则为，选取一个观测器极点的数值为-100，其余两个极点配置为-100±75，然后使用极点配置技术计算h1i～h3i；εi设置为0.1，β0i设置为

26、进一步地，将观测器的状态和作为逆变器电压信息向量所述分布式协同控制模块，参考指令z0＝[vodrefi,0]t和相邻逆变器交换信息向量估计值生成逆变器i与相邻逆变器之间的电压信息误差向量ei；

27、

28、其中，下标“i”和“j”分别代表逆变器i和逆变器j的相关变量；zi为逆变器电压信息向量z0为参考指令z0＝[vodref,0]t；aij为逆变器i与逆变器j的通信连接，当aij＝1时，逆变器i和逆变器j之间存在通信链路，aij＝0则代表无通信链路；gi为逆变器的参考值增益，当逆变器i为主导逆变器时，gi＝1，非主导逆变器的gi＝0。

29、进一步地，所述反馈控制补偿模块，根据综合扰动估计值d，通过反馈补偿计算生成控制输入信号vni，其计算公式为：

30、

31、其中，vi为附加反馈控制信号。

32、进一步地，所述反馈控制补偿模块，vni中的附加反馈控制vi可设计为：

33、vi＝-kxei

34、其中，kx为反馈控制矩阵，定义各逆变器的优化指标为：

35、

36、式中，q和r是半正定实对称矩阵。矩阵q和r设定为：

37、

38、进一步地，所述反馈控制补偿模块，kx可计算为：

39、kx＝r-1btp

40、式中，p为riccati方程的正定解，即：

41、atp+pa-pbr-1btp+q＝0。

42、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

43、1、本发明提出了一种配电网多逆变器分布式抗扰协同控制器及控制方法，该控制器主要由扰动观测模块、分布式协同控制模块和反馈控制补偿模块组成。该方法能够消除输入-输出通道中多种扰动和误差的不利影响，控制器参数设定不依赖于精确的系统模型和参数，只与等效线性系统的结构有关，因此参数设定流程较为容易。

44、2、本发明通过数据量测模块量测配电网多逆变器的并网点电压vodi；扰动观测模块将逆变器输入-输出通道中的模型不确定性、参数误差以及外部扰动等因素等效为综合扰动项d进行综合估计；分布式协同控制模块则利用扰动观测模块的输出量，生成逆变器i与相邻逆变器之间的电压误差ei；反馈控制补偿模块利用扰动观测模块输出量d和分布式协同控制模块的输出量ei实现多逆变器的电压协同跟踪调控。