本发明专利技术涉及一种电压源型储能改善微电网电能质量的预测控制方法。储能系统作为微电网的重要构成设备，研究其在微电网的多种用途，对于提高其利用效率具有重要的作用。本发明专利技术在分析利用电压源型储能实现谐波电流补偿的可行性基础上，研究了储能系统提高微电网电压、频率动态稳定性和补偿谐波电流的多功能预测控制方法。首先基于谐波电流的ip‑iq检测法和瞬时功率理论，结合GM(1,1)灰色模型，研究实现储能装置多功能控制的综合补偿指令电流的预测方法；然后基于电压源型变流器输出电流的动态模型，通过建立变流器的最优开关选择函数，提出了储能系统并网变流器基于最优开关模式跟踪综合指令电流的预测控制策略。最后验证了所提开关控制策略的有效性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。储能系统作为微电网的重要构成设备，研究其在微电网的多种用途，对于提高其利用效率具有重要的作用。本专利技术在分析利用电压源型储能实现谐波电流补偿的可行性基础上，研究了储能系统提高微电网电压、频率动态稳定性和补偿谐波电流的多功能预测控制方法。首先基于谐波电流的<i>i</i><i>p</i>?<i>i</i><i>q</i>检测法和瞬时功率理论，结合<i>GM(1,1)</i>灰色模型，研究实现储能装置多功能控制的综合补偿指令电流的预测方法；然后基于电压源型变流器输出电流的动态模型，通过建立变流器的最优开关选择函数，提出了储能系统并网变流器基于最优开关模式跟踪综合指令电流的预测控制策略。最后验证了所提开关控制策略的有效性。【专利说明】-种电压源型储能改善微电网电能质量的预测控制方法
本专利技术设及一种预测控制方法，尤其是设及一种电压源型储能改善微电网电能质 量的预测控制方法。
技术介绍
由分布式电源、储能系统和负荷组成的微电网具有供电方式灵活和充分利用各种 可再生清洁能源的特点，既可向用户提供电能，又能适时为大电网提供支撑，在提高供电可 靠性的同时，也能有效提高电力系统的运行经济性。但是，微电网容量小且大量采用电力电 子装置组网的特点，也使运些装置和网内的非线性负荷将会给其造成谐波污染。因此，改善 微电网的电能质量也成为其运行技术发展的一个方面。 考虑滞环调制法的开关频率波动范围受跟踪指令电流大小和滞环宽度影响较大， 本申请基于谐波电流ip-iq检测法和瞬时功率理论，利用GM(l.l)灰色模型研究实现电压型 储能系统（Voltage Type Energy Storage System,VESS)提高微电网电压和频率稳定性、 补偿谐波电流等多功能控制的综合补偿指令电流的预测方法基础上，基于电压源型变流器 输出电流的动态模型，研究变流器输出电流跟踪综合补偿指令电流的最优决策方法，在此 基础上提出了实现电压源型储能系统并网变流器多功能应用的开关预测控制策略。该策略 不仅能够有效协调VESS不同控制的时间尺度，使变流器开关频率与控制采样频率一致，而 且电流跟踪误差将随采样频率增大而减小，同时较电流空间矢量调制具有控制方法简单、 易于实现的特点。最后，通过仿真验证了该预测控制策略的可行性。
技术实现思路
本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得W解决的： -种电压源型储能改善微电网电能质量的预测控制方法，其特征在于，包括： 综合补偿调节指令电流预测的步骤:首先进行第k个采样周期微电网谐波补偿指 令电流的检测;然后根据k、k-l、…、k-n各采样周期谐波补偿指令电流的检测结果，基于灰 色模型进行k+1采样周期微电网谐波补偿指令电流的有功和无功分量的预测，最后通过分 别在预测的谐波补偿指令电流的有功和无功分量上，叠加电压源型储能进行微电网基波功 率调节的有功和无功电流分量，得到电压源型储能k+1采样周期综合补偿调节指令电流的 预测值。该灰色模型基于W下公式：[000引上式中，k=l，2,…，n为系统输出采样值的数量;B、yn和的求解表达式如 下；[001^ 上式中，Ix(D)(I)，x(d)(2)，…，x(D)(n)}为n个系统输出巧慢值； 电压源型储能功率调节系统的开关预测控制步骤:根据综合补偿调节指令电流预 测步骤中得到的用于k+1采样周期实现综合补偿调节的指令电流预测结果，基于电压源型 变流器的S相输出电流预测模型W及目标函数，进行k+1采样周期变流器开关状态的预测 控制。所述电压源型变流器=相输出电流的预测模型基于W下公式：[001引上式中，Um=a，b，C)为变流器交流侧等值电感;Rm(m = a，b，C)为变流器交流侧等 值电阻；ivEssm(m=a，b，c)为变流器交流侧电流;Sm(m = a，b，c) = l或-l，Sm=l表示六脉冲变 流器m相上桥臂开关导通，Sm=-I表示m相下桥臂开关导通。 所述目标函数基于W下公式：[001引上式中，^,.0^^0为1^采样周期预测的1^+1采样周期的综合补偿调节指令电流， 言批+ 为k采样周期利用电压源型变流器S相输出电流的预测模型预测的k+1采样周 期电压源型变流器的8种ivEssm(m=a,b,c)值，A=I ,2, ,??? ,8。 因此，在k采样周期，根据状态测量值，按照目标函数，就能够确定变流器在k+1采 样周期跟踪+ 的最优开关状态1，从而实现电压源型变流器基于滚动优化 预测的开关控制。 在上述的，所述综合补偿 调节指令电流预测的步骤中，进行实时谐波补偿指令电流的检测是基于ip-iq检测法，具体 方法是： 利用式一对采样电流值iLm(m = a，b，c)进行Clarke变换，W得到a-e坐标系的瞬时 分量iLcc和Ilp，然后利用式二将iLcc和Ilp分别向变流器并网点电压ULm在a-0坐标系的电压合 成矢量及其法线投影，从而得到采样电流值的有功分量Up和无功分量iLq，经低通滤波分离 基波有功分量ibp和无功分量ibq后，即可得到采样电流值的谐波有功分量ihp和无功分量ihq; 式. 式- 在上述的，所述综合补偿 调节指令电流预测的步骤中，利用电压源型储能提高微电网电压、频率稳定特性的有功、无 功调节指令电流的检测是基于瞬时功率理论，利用式=计算电压源型储能用于功率调节的 输出电流的有功和无功分量。A 式；中，ULa和ULP分别为ULm的邮分量;E为ULm的有效值；i巧和ifq分别为电压源型储 能用于功率调节的输出电流的有功和无功分量； 由于ihp和ifp均是ULm在a-0坐标系电压合成矢量上的投影，而ihq和也是在该电压合 成矢量法线上的投影；因此，可通过在ihp、ihq上分别叠加ifP、ih分量，实现电压源型储能用 于提高微电网频率、电压稳定性和谐波补偿的综合指令电流检测。 因此，本专利技术具有如下优点：所述的一种电压源型储能改善微电网电能质量的预 测控制方法，不仅能够实现利用电压源型储能补偿微电网谐波、提高微电网电压和频率稳 定性的多功能控制目标，而且能够有效协调电压源型储能实现微电网谐波补偿和提高微电 网电压、频率稳定性两种不同时间尺度的控制的，同时保持变流器开关频率与控制采样频 率一致。变流器采用所述开关预测控制方法不仅使输出电流的跟踪误差与控制采样周期成 正比，而且较电流空间矢量调制具有控制方法简单、易于实现的特点。【附图说明】图1为VESS的结构原理图。 图2为谐波补偿电流的检测原理图。 图3为综合指令电流的预测原理图。 图4为含储能装置的微电网模型示意图。 图5a为VESS综合补偿前后微电网电压和频率、分布式电源输出功率对扰动的响应 (综合补偿前后的Busl电压响应）。 图化为VESS综合补偿前后微电网电压和频率、分布式电源输出功率对扰动的响应 (综合补偿前后的频率响应）。 图5c为VESS综合补偿前后微电网电压和频率、分布式电源输出功率对扰动的响应 (综合补偿前后的DG2有功输出）。 图5d为VESS综合补偿前后微电网电压和频率、分布式电源输出功率对扰动的响应 (综合补偿本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电压源型储能改善微电网电能质量的预测控制方法，其特征在于，包括：综合补偿调节指令电流预测的步骤：首先进行第k个采样周期微电网谐波补偿指令电流的检测；然后根据k、k‑1、…、k‑n各采样周期谐波补偿指令电流的检测结果，基于灰色模型进行k+1采样周期微电网谐波补偿指令电流的有功和无功分量的预测，最后通过分别在预测的谐波补偿指令电流的有功和无功分量上，叠加电压源型储能进行微电网基波功率调节的有功和无功电流分量，得到电压源型储能k+1采样周期综合补偿调节指令电流的预测值；该灰色模型基于以下公式：au=(BTB)-1BTynx^(1)(k+1)=(x(0)(1)-ua)e-ak+uax^(0)(k+1)=x^(1)(k+1)-x^(1)(k)]]>上式中，k＝1,2,…,n为系统输出采样值的数量；B、yn和x(1)(k)的求解表达式如下；B=-12(x(1)(1)+x(1)(2))1-12(x(1)(2)+x(1)(3))1-12(x(1)(3)+x(1)(4))1......-12(x(1)(n-1)+x(1)(n))1]]>ynT＝[x(0)(2) x(0)(3) … x(0)(n)]ynT=[x(0)(2)x(0)(3)...x(0)(n)]]]>上式中，{x(0)(1),x(0)(2),…,x(0)(n)}为n个系统输出测量值；电压源型储能功率调节系统的开关预测控制步骤：根据综合补偿调节指令电流预测步骤中得到的用于k+1采样周期实现综合补偿调节的指令电流预测结果，基于电压源型变流器的三相输出电流预测模型以及目标函数，进行k+1采样周期变流器开关状态的预测控制；所述电压源型变流器三相输出电流的预测模型基于以下公式：iVESSm(k+1)=1Lm+TRm[TuLm(k+1)+LmiVESSm(k)-TSm(k+1)2(1-Sm(k+1)ΣSm(k+1)3)VDC(k+1)]]]>上式中，Lm(m＝a,b,c)为变流器交流侧等值电感；Rm(m＝a,b,c)为变流器交流侧等值电阻；iVESSm(m＝a,b,c)为变流器交流侧电流；Sm(m＝a,b,c)＝1或‑1，Sm＝1表示六脉冲变流器m相上桥臂开关导通，Sm＝‑1表示m相下桥臂开关导通；所述目标函数基于以下公式：J=minλ{Σ[i^cm(k+1)-i^VESSm(k+1,λ)]2}]]>上式中，为k采样周期预测的k+1采样周期的综合补偿调节指令电流，为k采样周期利用电压源型变流器三相输出电流的预测模型预测的k+1采样周期电压源型变流器的8种iVESSm(m＝a,b,c)值，λ＝1,2,,…,8；因此，在k采样周期，根据状态测量值，按照目标函数，就能够确定变流器在k+1采样周期跟踪的最优开关状态[Sa,Sb,Sc]λ，从而实现电压源型变流器基于滚动优化预测的开关控制。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：彭晓涛，周歧林，张彬，谷志华，徐云，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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