微网离网模式下逆变器分数阶电压和频率高效控制方法技术

本发明专利技术公开一种微网离网模式下逆变器分数阶电压和频率高效控制方法，通过机理建模方法和abc/dq坐标变换建立微电网离网模式下逆变器在dq坐标下的状态空间模型，采用下垂控制、分数阶电压PI控制和分数阶电流PI控制作为电压和频率控制方法，将电压偏差绝对值与时间乘积的积分值、频率偏差绝对值与时间乘积的积分值这两个性能指标的加权值作为适应度函数，并设计一种基于自适应变异操作的群体进化方法对分数阶控制器参数进行优化整定，产生的优化控制信号经过坐标变换后传输至空间矢量脉宽调制模块，从而实现微电网离网模式下逆变器的优化运行。采用本发明专利技术可实现微电网离网模式下逆变器在复杂工况情形下的电压和频率优化控制效果。

Efficient control method for fractional order voltage and frequency of inverter in microgrid

The invention discloses a method for efficient control of inverter microgrid from fractional voltage and frequency network mode, through the mechanism modeling method and abc/dq coordinate transformation to establish a micro grid off grid mode inverter in the DQ coordinates of the state space model, the fractional order voltage droop control, PI control and fractional PI control as the voltage and current the frequency control method, voltage deviation and time integral absolute value and the value of the product, the absolute value of frequency deviation and time weighted integral values of product of the two performance indicators of the value as the fitness function, and designs a method of group evolution adaptive mutation based on fractional order controller parameters tuning, the optimization of the control signal transmitted through coordinate transformation to the space vector pulse width modulation module, so as to realize the optimal operation of microgrid from network mode inverter. The invention can realize the optimal control effect of the voltage and frequency of the inverter in the microgrid under the complex working condition.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电网电力电子
智能控制技术，特别涉及一种微网离网模式下逆变器分数阶电压和频率高效控制方法。
技术介绍
微电网作为新能源分布式电源高效应用的重要形式，可以促进可再生能源的大规模接入，有望实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，被广泛认为是实现主动配电网的一种重要的方式，从而促使传统电网向智能电网过渡，因此近年来微电网受到了广泛关注和研究开发。其中，如何实现微电网在并离网工作模式下逆变器高效控制和能量优化管理已成为微电网
的研发热点之一，而如何设计微电网离网模式下逆变器电压和频率高效控制策略是该领域亟待解决的关键技术难题之一。目前，微电网离网模式下逆变器电压和频率控制技术主要包括：(1)V/f控制技术，即直接依据设定电压和频率的参考输入信号与实际测量信号的偏差，采用电压外环整数阶PI控制、电流内环整数阶PI控制相结合的双闭环控制模式，从而实现对逆变器输出电压和频率的控制，优点是控制方法简单，缺点是双闭环PI控制器参数整定严重依赖设计人员的工程经验，鲁棒性能较差，难以适应变工况运行的优化控制；(2)直接下垂控制技术，即采用与传统发电机组相类似的下垂特性曲线来控制微电网中各个分布式电源的电压和频率，但是该控制技术本质上属于一种有差控制，无法保证负荷变化较大工况下的优化运行，并且该技术没有考虑微电网系统电压和频率控制的快速恢复问题，难以保证微电网系统在干扰信号作用下的电压和频率质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种微网离网模式下逆变器分数阶电压和频率控制方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种微网离网模式下逆变器分数阶电压和频率控制方法，该方法包括以下步骤：(1)通过机理建模方法和abc/dq坐标变换方法建立微电网离网模式下带LCL滤波器的三相逆变器在dq坐标下的如公式(1)所示的状态空间模型，并建立基于下垂控制器、分数阶电压PI控制器和分数阶电流控制PI控制器的控制模型，即通过电压互感器、电流互感器和锁相环技术检测逆变器滤波电容电压、滤波电感电流、频率、相角以及逆变器输出侧电流，依据公式(2)和(3)所示的功率计算模块计算有功功率P和无功功率Q，采用如公式(4)～(6)所示的下垂控制器、如公式(7)～(9)所示的分数阶电压PI控制器、如公式(10)～(12)所示的分数阶电流控制PI控制器分别对频率、电压和电流进行控制，产生d、q坐标下的电压控制输出信号Vdout和Vqout，经过dq/abc坐标变换后传输到空间矢量脉宽调制模块，从而驱动微电网离网模式下逆变器中各个IGBT模块正常工作；diddtdiqdtdioddtdioqdtdvoddtdvoqdt=1-R1L1w0000-w1-R1L10000001L20-R2L2w0001L3-w-R2L21C00w-1C001C-w00-1Cidiq+0000-1L200-1L20000vmdvmq---(1)]]>P=1.5wf(vodiod+voqioq)s+wf---(2)]]>Q=1.5wf(vodioq-voqiod)s+wf---(3)]]>f=w2π=wn-mP(P-Pn)2π---(4)]]>vodref＝vdn-mQ(Q-Qn)(5)voqref＝vqn-mQ(Q-Qn)(6)idrefiqref=-KFOPV-ωCωC-KFOPVvodvoq+KFOPV00KFOPVvodrefvoqref+KFOIV00KFOIVxdxq+Fiodioq---(7)]]>xd=vodref-vodsλV---(8)]]>xq=voqref-voqsλV---(9)]]>VdoutVqout=-KFOPI-ωL1ωL1-KPIidiq+KFOPI00KFOPIidrefiqref+KFOII00KFOIIydyq+VodVoq---(10)]]>yd=(idref-id)sλI---(11)]]>yq=(iqref-iq)sλI---(12)]]>其中，id和iq分别表示逆变器输出侧电流Iabc经过abc/dq变换后在d、q坐标下的电流，iod和ioq分别表示LCL滤波器中第二个电感的电流Ioabc经过abc/dq变换后在d、q坐标下的电流，Vod和Voq分别表示LCL滤波器中滤波电容的电压Voabc经过abc/dq变换后在d、q坐标下的电压，Vmd和Vmq分别表示LCL滤波器侧第二个滤波电感L2的电压Vmabc经过abc/dq变换后变换后在d、q坐标下的电压，L1和L2分别表示LCL型滤波器的第一个和第二个电感的电感值，C表示LCL滤波电容，R1和R2分别表示滤波电感L1和L2对应的等效电阻值，w表示逆变器的角频率，wf表示功率滤波器的截止角频率，wn表示微电网离网模式下设定的角频率，f表示微电网离网模式的实际频率，Pn和Qn分别表示设定的有功功率和无功功率，Vdn和Vqn分别表示逆变器三相参考电压在d、q坐标下的电压，mP和mQ分别表示有功功率和无功功率的下垂系数，Vodref和Voqref分别表示下垂控制器在d、q坐标下的输出电压信号，idref和iqref分别表示分数阶电流PI控制器在d、q坐标下的参考电流输入信号，Vdout和Vqout分别表示经过下垂控制、分数阶电压PI控制和分数阶电流PI控制后产生的d、q坐标下电压控制输出信号，F表示前馈系数，KFOPV和KFOIV分别表示分数阶电压PI控制器的比例系数和积分系数，KFOPI和KFOII分别表示分数阶电流PI控制器的比例系数和积分系数，λV、λI分别表示分数阶电压PI控制器和分数阶电流PI控制器中的分数阶积分阶次系数；(2)设置群体进化求解器的参数数值，包括种群规模N，最大迭代次数Imax；(3)随机产生一个实数编码的种群P0＝{S1,S2,…,SN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微网离网模式下逆变器分数阶电压和频率高效控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)通过机理建模方法和abc/dq坐标变换方法建立微电网离网模式下带LCL滤波器的三相逆变器在dq坐标下的如公式(1)所示的状态空间模型，并建立基于下垂控制器、分数阶电压PI控制器和分数阶电流控制PI控制器的控制模型，即通过电压互感器、电流互感器和锁相环技术检测逆变器滤波电容电压、滤波电感电流、频率、相角以及逆变器输出侧电流，依据公式(2)和(3)所示的功率计算模块计算有功功率P和无功功率Q，采用如公式(4)～(6)所示的下垂控制器、如公式(7)～(9)所示的分数阶电压PI控制器、如公式(10)～(12)所示的分数阶电流控制PI控制器分别对频率、电压和电流进行控制，产生d、q坐标下的电压控制输出信号Vdout和Vqout，经过dq/abc坐标变换后传输到空间矢量脉宽调制模块，从而驱动微电网离网模式下逆变器中各个IGBT模块正常工作；diddtdiqdtdioddtdioqdtdvoddtdvoqdt=1-R1L1w0000-w1-R1L10000001L20-R2L2w0001L2-w-R2L21C00w-1C001C-w00-1Cidiq+0000-1L200-1L20000vmdvmq---(1)]]>P=1.5wf(vodiod+voqioq)s+wf---(2)]]>Q=1.5wf(vodioq-voqiod)s+wf---(3)]]>f=w2π=wn-mP(P-Pn)2π---(4)]]> vodref＝vdn‑mQ(Q‑Qn)   (5) voqref＝vqn‑mQ(Q‑Qn)   (6)idrefiqref=-KFOPV-ωCωC-KPOPVvodvoq+KFOPV00KFOPVvodrefvoqref+KFOIV00KFOIVxdxq+Fiodioq---(7)]]>xd=vodref-vodsλV---(8)]]>xq=voqref-voqsλV---(9)]]>VdoutVqout=-KFOPI-ωL1ωL1-KPIidiq+KFOPI00KFOPIidrefiqref+KFOII00KFOIIydyq+VodVoq---(10)]]>yd=(idref-id)sλI---(11)]]>yq=(iqref-iq)sλI---(12)]]>其中，id和iq分别表示逆变器输出侧电流Iabc经过abc/dq变换后在d、q坐标下的电流，iod和ioq分别表示LCL滤波器中第二个电感的电流Ioabc经过abc/dq变换后在d、q坐标下的电流，Vod和Voq分别表示LCL滤波器中滤波电容的电压Voabc经过abc/dq变换后在d、q坐标下的电压，Vmd和Vmq分别表示LCL滤波器侧第二个滤波电感L2的电压Vmabc经过abc/dq变换后变换后在d、q坐标下的电压，L1和L2分别表示LCL型滤波器的第一个和第二个电感的电感值，C表示LCL滤波电容，R1和R2分别表示滤波电感L1和L2对应的等效电阻值，w表示逆变器的角频率，wf表示功率滤波器的截止角频率，wn表示微电网离网模式下设定的角频率，f表示微电网离网模式的实际频率，Pn和Qn分别表示设定的有功功率和无功功率，Vdn和Vqn分别表示逆变器三相参考电压在d、q坐标下的电压，mP和mQ分别表示有功功率和无功功率的下垂系数，Vodref和Voqref分别表示下垂控制器在d、q坐标下的输出电压信号，idref和iqref分别表示分数阶电流PI控制器在d、q坐标下的参考电流输入信号，Vdout和Vqout分别表示经过下垂控制、分数阶电压PI控制和分数阶电流PI控制后产生的d、q坐标下电压控制输出信号，F表示前馈系数，KFOPV和KFOIV分别表示分数阶电压PI控制器的比例系数和积分系数，KFOPI和KFOII分别表示分数阶电流PI控制器的比例系数和积分系数，λV、λI分别表示分数阶电压PI控制器和分数阶电流PI控制器中的分数阶积分阶次系数；(2)设置群体进化求解器的参数数值，包括种群规模N和最大迭代次数Imax；(3)随机产生一个实数编码的种群P0＝{S1,S2,…,SN}，其中第i个个体Si表示对分数阶电压PI控制器和分数阶电流PI控制器6个控制参数KFOPV,KFOIV,λV,KFOPI,KFOII,λI进行实数编码的向量，即Si＝[KFOPV,KFOIV,λV,KFOPI,KFOII,λI]，具体产生过程为Si＝(UC‑LC)*R0+LC，其中UC与LC表示以上6个控制参数的上限向量和下限向量，R0表示在0到1范围内产生的均匀分布随机数向量；(4)按照式(13)对种群P...

【技术特征摘要】
1.一种微网离网模式下逆变器分数阶电压和频率高效控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)通过机理建模方法和abc/dq坐标变换方法建立微电网离网模式下带LCL滤波器的三相逆变器在dq坐标下的如公式(1)所示的状态空间模型，并建立基于下垂控制器、分数阶电压PI控制器和分数阶电流控制PI控制器的控制模型，即通过电压互感器、电流互感器和锁相环技术检测逆变器滤波电容电压、滤波电感电流、频率、相角以及逆变器输出侧电流，依据公式(2)和(3)所示的功率计算模块计算有功功率P和无功功率Q，采用如公式(4)～(6)所示的下垂控制器、如公式(7)～(9)所示的分数阶电压PI控制器、如公式(10)～(12)所示的分数阶电流控制PI控制器分别对频率、电压和电流进行控制，产生d、q坐标下的电压控制输出信号Vdout和Vqout，经过dq/abc坐标变换后传输到空间矢量脉宽调制模块，从而驱动微电网离网模式下逆变器中各个IGBT模块正常工作；diddtdiqdtdioddtdioqdtdvoddtdvoqdt=1-R1L1w0000-w1-R1L10000001L20-R2L2w0001L2-w-R2L21C00w-1C001C-w00-1Cidiq+0000-1L200-1L20000vmdvmq---(1)]]>P=1.5wf(vodiod+voqioq)s+wf---(2)]]>Q=1.5wf(vodioq-voqiod)s+wf---(3)]]>f=w2π=wn-mP(P-Pn)2π---(4)]]>vodref＝vdn-mQ(Q-Qn)(5)voqref＝vqn-mQ(Q-Qn)(6)idrefiqref=-KFOPV-ωCωC-KPOPVvodvoq+KFOPV00KFOPVvodrefvoqref+KFOIV00KFOIVxdxq+Fiodioq---(7)]]>xd=vodref-vodsλV---(8)]]>xq=voqref-voqsλV---(9)]]>VdoutVqout=-KFOPI-&om...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾国强，谢晓青，王环，戴瑜兴，张正江，李理敏，吴烈，董璐，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33