一种用于交流微电网电能质量治理装置的参数设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于交流微电网电能质量治理装置的参数设计方法，包括以下步骤：步骤S01：根据电能治理装置的各配置部分相关参数模拟出所要控制的二阶系统电路分析模型；步骤S02：将二阶系统电路分析模型进行转化设计为包含内模控制设计的电路分析模型；步骤S03：将包含内模控制设计的电路分析模型转化为包含基频谐振项和双自由度控制器设计的最终电路分析模型；步骤S04：对最终电路分析模型进行转化和计算，进而得出电能治理装置的各配置部分相关参数。与现有技术相比，本发明专利技术使电能治理装置能够迅速响应补偿电网电压跌落与不平衡暂降问题，稳态时零跟踪误差，并可控制测量反馈量的直流偏移问题。

A Parameter Design Method for AC Microgrid Power Quality Governance Device

The present invention relates to a parameter design method for power quality control device of AC microgrid, which includes the following steps: 01: simulating the second-order system circuit analysis model to be controlled according to the relevant parameters of each configuration part of power quality control device; 02: transforming the second-order system circuit analysis model into a circuit analysis model including internal model control design; The circuit analysis model including the internal model control design is transformed into the final circuit analysis model including the fundamental frequency resonance term and the two-degree-of-freedom controller design. The final circuit analysis model is transformed and calculated, and then the relevant parameters of each configuration part of the power management device are obtained. Compared with the prior art, the electric power treatment device can quickly respond to the compensation of voltage sags and unbalanced sags, zero tracking error in steady state, and control the DC offset of measurement feedback.

【技术实现步骤摘要】
一种用于交流微电网电能质量治理装置的参数设计方法
本专利技术涉及一种参数设计方法，尤其是涉及一种用于交流微电网电能质量治理装置的参数设计方法。
技术介绍
近些年来，传统电网的结构形式发生了一些转变，随着电力市场自由化程度的提高以及分布式发电技术的成熟，各种新能源如光伏、风能等构成多个微电网结构对传统电网进行补充。但是，微电网在运行过程中仍存在多种问题，其结构复杂，惯性小，容量小，负载的微小波动都可能造成交流馈线的电压质量问题，需要加装电能质量治理装置对负载电压进行稳定。交流微网电能质量治理装置关键技术包括电压检测、补偿、控制策略，要保证其具有快速的动态响应并且能够保证输出的零稳态误差，控制器的设计显的尤为重要。PI控制是目前应用最为广泛的方法之一。PI控制设计简单、技术成熟，基本可保证零稳态误差跟踪基频电压，但是由于电网电压负序会产生两倍基频的正弦分量导致该控制器不能完全补偿不平衡电压暂降问题。已有比例谐振控制器(PR)作为微网系统不平衡电压暂降问题的解决方案。该控制器具有非常好的稳态性能，在特定频率下具有无限大的增益，能够实现零稳态误差。然而，在PR控制器中比例增益有限且频率为0时的增益不为0，这会导致瞬态响应过慢，影响装置的快速性。此外，还有研究人员采用近年来流行的智能算法如蚁群算法，无差拍控制，H∞控制，以及模糊控制等策略，这些算法都各有优劣，结构较为复杂，无法快速有效的解决电能质量问题并兼顾其快速响应与零稳态误差特性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结合内模控制与双自由度控制组合的电能治理装置控制策略，该控制器基于内模原理在反馈环路加入了外部输入信号和扰动信号的数学模型，且设计为双自由度控制，包含了两个嵌套的控制器配置，其中一个包括基频谐振项，保证对基频电压的零误差跟踪，再通过双自由度控制器对闭环传递函数的所有极点进行确定，并能够减少测量反馈的个数，最后通过求解方程组求得控制参数。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于交流微电网电能质量治理装置的参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S01：根据电能治理装置的各配置部分相关参数模拟出所要控制的二阶系统电路分析模型；步骤S02：将二阶系统电路分析模型进行转化设计为包含内模控制设计的电路分析模型；步骤S03：将包含内模控制设计的电路分析模型转化为包含基频谐振项和双自由度控制器设计的最终电路分析模型；步骤S04：对最终电路分析模型进行转化和计算，进而得出电能治理装置的各配置部分相关参数。优选地，所述的电能治理装置由整流部分、逆变部分、变压器和滤波器部分组成。优选地，所述的电能治理装置的各配置部分相关参数包括DVR的输出电压uc、VSI的输出电压的u、敏感负载的电流iS、滤波电感电流iL和滤波电容的电流iC。优选地，所述的步骤S01，包括以下分步骤：步骤S011：获取电能治理设备的状态方程，所述电能治理设备的状态方程为：式中，R、L和c为滤波器上的电阻、电感和电容，uc为DVR的输出电压，u为VSI的输出电压，iS为敏感负载的电流，iL为滤波电感电流，iC为滤波电容的电流；步骤S012：将状态方程推导转化为S域的传递函数G(s)，所述S域的传递函数G(s)为：式中，uC(s)为电能治理设备二阶系统的输出，u(s)为电能治理设备二阶系统的输入，ωn为电能治理设备二阶系统的固有频率且ξ为电能治理设备二阶系统的的阻尼比且s为复变量；步骤S013：将S域传递函数添加采样周期后转化为二阶系统电路分析模型，所述二阶系统电路分析模型的S域的传递函数G(s)为：式中e-τs表示为传递函数有时间常数τ的延迟。优选地，所述的步骤S02中的包含内模控制设计的电路分析模型的传递函数关系为：式中，is(s)为干扰变量，Gpx(s)代表第x个实际被控过程对象，且x∈n，Q(s)代表内模控制器，Gm(s)为含被控过程的数学模型。优选地，所述的步骤S03中的包含基频谐振项和双自由度控制器设计的最终电路分析模型的传递函数G(s)为：式中，为包含基频谐振项和双自由度控制器设计的最终电路分析模型的输入，Gp(s)为被控系统。优选地，所述的步骤S04包括以下分步骤：步骤S041：获取最终电路分析模型的闭环传递函数的特征方程，所述的最终电路分析模型的闭环传递函数的特征方程为：式中，环节定义函数Gq(s)＝Q(s)+Gm(s)，t1，t2，t3，t4和t5为各配置部分相关参数；步骤S042：根据控制器设计原理设计计算函数并得出控制参数与各配置部分相关参数的函数关系结果，所述的计算函数，包括：式中，a、b、c和d为Q(s)，Gm(s)的控制参数；步骤S043：构建矩阵方程并对矩阵方程进行求解得到各配置部分相关参数，所述的矩阵方程为：Ax＝B其中：x＝[t0t1t2t3t4]T式中，si代表特征方程为零的五个极点位置，即s＝si,i＝1,2,3,4,5。优选地，所述的函数关系结果，包括：a＝t2-dc＝t3与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)整个二阶系统分析模型中采用了内模控制设计，使得整个反馈控制器设计过程中，若要求其在调节过程稳定的条件下保证控制器对信号指令良好的跟踪性以及对扰动的抑制能力。(2)对于整个二阶系统分析模型采用双自由度控制设计，使电能治理装置能够以非常快速的瞬态响应补偿电网电压跌落与不平衡暂降问题，在稳态时具有零跟踪误差，并且能够控制测量反馈量的直流偏移问题。(3)引入了采样周期的考虑，进一步提升了控制系统的精确性，便于整个二阶系统在数字平台上的实现。附图说明图1为本专利技术的具体流程示意图；图2为本专利技术交流微电网拓扑结构；图3为本专利技术装置典型配置结构图；图4为本专利技术二阶系统框图；图5为本专利技术内模控制结构框图；图6为本专利技术内模控制等效框图；图7为本专利技术双自由度控制系统框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。实施例如图1所示为本专利技术一种用于交流微电网电能质量治理装置的参数设计方法，包括以下步骤：步骤S01：根据电能治理装置的各配置部分相关参数模拟出所要控制的二阶系统电路分析模型；步骤S02：将二阶系统电路分析模型进行转化设计为包含内模控制设计的电路分析模型；步骤S03：将包含内模控制设计的电路分析模型转化为包含基频谐振项和双自由度控制器设计的最终电路分析模型；步骤S04：对最终电路分析模型进行转化和计算，进而得出电能治理装置的各配置部分相关参数，如下为具体步骤分析：1、首先对交流微网电能治理装置建模分析；由于微网中分布式能源的多样性导致微网结构复杂，对微网系统电能质量的控制要求相对更高，如图2所示，电能质量治理装置连接在交流馈线与敏感负荷之间，保证敏感负荷的供电稳定性，通常，电能质量治理装置由四部分组成，整流部分，逆变部分，变压器以及滤波器部分，其典型配置如附图3所示，R、L和c为滤波器上的电阻、电感和电容，uc为DVR的输出电压，u为VSI的输出电压，iS为敏感负载的电流，iL为滤波电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于交流微电网电能质量治理装置的参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S01：根据电能治理装置的各配置部分相关参数模拟出所要控制的二阶系统电路分析模型；步骤S02：将二阶系统电路分析模型进行转化设计为包含内模控制设计的电路分析模型；步骤S03：将包含内模控制设计的电路分析模型转化为包含基频谐振项和双自由度控制器设计的最终电路分析模型；步骤S04：对最终电路分析模型进行转化和计算，进而得出电能治理装置的各配置部分相关参数。

【技术特征摘要】
1.一种用于交流微电网电能质量治理装置的参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S01：根据电能治理装置的各配置部分相关参数模拟出所要控制的二阶系统电路分析模型；步骤S02：将二阶系统电路分析模型进行转化设计为包含内模控制设计的电路分析模型；步骤S03：将包含内模控制设计的电路分析模型转化为包含基频谐振项和双自由度控制器设计的最终电路分析模型；步骤S04：对最终电路分析模型进行转化和计算，进而得出电能治理装置的各配置部分相关参数。2.根据权利要求1所述的一种参数设计方法，其特征在于，所述的电能治理装置由整流部分、逆变部分、变压器和滤波器部分组成。3.根据权利要求1所述的一种参数设计方法，其特征在于，所述的电能治理装置的各配置部分相关参数包括DVR的输出电压uc、VSI的输出电压的u、敏感负载的电流iS、滤波电感电流iL和滤波电容的电流iC。4.根据权利要求1所述的一种参数设计方法，其特征在于，所述的步骤S01，包括以下分步骤：步骤S011：获取电能治理设备的状态方程，所述电能治理设备的状态方程为：式中，R、L和c为滤波器上的电阻、电感和电容，uc为DVR的输出电压，u为VSI的输出电压，iS为敏感负载的电流，iL为滤波电感电流，iC为滤波电容的电流；步骤S012：将状态方程推导转化为S域的传递函数G(s)，所述S域的传递函数G(s)为：式中，uC(s)为电能治理设备二阶系统的输出，u(s)为电能治理设备二阶系统的输入，ωn为电能治理设备二阶系统的固有频率且ξ为电能治理设备二阶系统的的阻尼比且s为复变量；步骤S013：将S域传递函数添加采样周期后转化为二阶系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：伦恒星，房明硕，王文吉，曹以龙，江友华，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31