公共负载公共连接点PCC电压暂态补偿前馈控制方法以及系统技术方案

本公开是关于一种公共负载公共连接点PCC电压暂态补偿前馈控制方法以及系统。其中，该方法包括：从公共负载的PCC采集公共负载总电流作为扰动信号并同步传输到各逆变器；通过建立控制对象的状态空间模型和状态观测器，导出以扰动量为输入，以残差量为输出的传递函数矩阵，并通过所述传递函数矩阵生成所述逆变器的残差值；将所述残差值作为所述逆变器的前馈补偿器输入信号完成对所述逆变器的公共负载PCC电压暂态补偿前馈控制。本公开通过针对扰动的快速补偿，使电压恢复过程明显加快，增加了系统的鲁棒性。

PCC voltage transient compensation feedforward control method and system for common connection point of common load

The present disclosure relates to a PCC voltage transient compensation feedforward control method and a system for a common connection point of a common load. Among them, the method includes: collecting the total current of common load from PCC of common load as disturbance signal and transmitting it to each inverter synchronously; establishing the state space model and state observer of control object, deriving the transfer function matrix with disturbance as input and residual as output, and generating the residual value of the inverter through the transfer function matrix; and The difference serves as the input signal of the feed-forward compensator of the inverter to complete the feed-forward control of the PCC voltage transient compensation of the common load of the inverter. By fast compensation for disturbance, the voltage recovery process is obviously accelerated and the robustness of the system is increased.

【技术实现步骤摘要】
公共负载公共连接点PCC电压暂态补偿前馈控制方法以及系统
本公开涉及电力电子领域，具体而言，涉及一种公共负载公共连接点PCC电压暂态补偿前馈控制方法以及系统。
技术介绍
近年来，随着风光等新能源和小型燃气轮机技术的发展，微电网受到各界关注。微电网是将分布式电源、储能、负载、控制单元、监控保护装置有机整合在一起的小型发配电系统，是将配电网和分布式电源连接在一起的纽带。微网的运行模式有并网和孤岛两种，并网运行时，因大电网有较大容量和消纳能力，当出现负载投切或新能源出力波动时，对微网电压不会有较大影响。当微网在孤岛运行时，因其容量相对较小，对负载变化或新能源出力不均有较差的抗扰效果。目前对微网的整体控制方式有主从控制和对等控制，主从控制为采用V/f控制的主控制器和采用P/Q控制的从控制器，主控制器提供电压和频率的参考，从控制器负责提供指令电流快速跟随负载的变化。这种控制方式有较好的精度，然而对通信要求较高，在通信出现问题时，系统会陷入瘫痪。而对等控制策略相当于是一种物理互联控制方式，当系统负荷波动时，通过每台下垂控制的有差调节，系统会达到一个新的平衡点，且平衡状态能达到功率均分的效果。每台逆变器地位相同，不具有主从关系，因此还符合即插即用的特点。因其较好的控制特性以及较低的通讯需求，对等控制在工程中有较广泛的应用。采用下垂控制加虚拟阻抗的方式可以改善线路阻感比，消除有功无功之间的耦合关系，达到多逆变器功率均分的目的。但当负载切入切出，或者带非线性负载时，简单的下垂控制不能解决电压恢复时间较长以及谐波等问题。在采用微电网孤岛运行模式时，较高的新能源渗透率会导致由负载和新能源出力的随机性引起的电压波动和谐波等电能质量问题，甚至还会引起微网暂态失稳，对用户和微网都会造成较大影响。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开的目的在于提供一种公共负载公共连接点PCC电压暂态补偿前馈控制方法以及系统，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。根据本公开的一个方面，提供一种公共负载公共连接点PCC电压暂态补偿前馈控制方法，包括：扰动信号采集步骤，从公共负载的PCC采集公共负载总电流作为扰动信号并同步传输到各逆变器；残差值生成步骤，通过建立控制对象的状态空间模型和状态观测器，导出以扰动量为输入，以残差量为输出的传递函数矩阵，并通过所述传递函数矩阵生成所述逆变器的残差值；逆变器前馈控制步骤，将所述残差值作为所述逆变器的前馈补偿器输入信号完成对所述逆变器的公共负载PCC电压暂态补偿前馈控制。在本公开的一种示例性实施例中，所述扰动信号采集步骤还包括：使用同步相量测量单元对公共负载的公共连接点PCC采集公共负载总电流进行监测；利用GPS同步授时功能，将公共负载总电流作为扰动信号按照预设比例发送至各台逆变器的控制器。在本公开的一种示例性实施例中，所述残差值生成步骤还包括：建立控制对象的状态空间模型和状态观测器，并将二者联立；引出以扰动量为输入，以残差量为输出的状态空间，并由此导出从扰动到残差的传递函数矩阵。得到所述逆变器的扰动信号到残差值的传递函数。在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：建立多台逆变器并联模型，用复矢量Xdq表示旋转坐标系d、q轴分量之和Xd-jXq，对第i台逆变器LC建立电压电流微分方程模型：输电线路的微分方程为：将第i、j两台逆变器之间的环流Iij定义为两台逆变器输出电压差引起的线路之间电流的变化，该电流也可用微分方程表示；其中，Vi为逆变器输出电压，Ii为电感电流，Ioi为逆变器输出电流，Vp为负载端电压。Vii为三相桥输出电压，ri为滤波电感的内阻，Roi和Loi分别为输电线路的电阻电感，Li和Ci分别为滤波电感、滤波电容。ω为d、q旋转坐标系角速度。当控制器为稳定控制器时，输入u满足：u(s)＝K0(s)e(s)-Q(s)·r采用鲁棒控制中模型匹配的方法求解，三相LC滤波器的状态空间表达式可表示为：其中，上标d、q为abc-dq0变换后的dq轴分量。负载电流Io作为影响电压输出的扰动输入d，将以残差为输入量的补偿器Q(s)的输出叠加到PI控制器输出信号上，作为控制对象的输入；根据模型匹配策略对残差生成器求解；根据状态空间模型导出传递函数矩阵，得输入和输出之间的传递函数Gu(s)和扰动到输出之间的传递函数Gd(s):建立上式所示的观测器，结合所示状态空间模型导出传递函数矩阵，则可得到扰动和残差的关系式：其中，Grd为扰动到残差的传递函数；通过标准模型匹配策略，使以扰动为输入的系统(Gd+Gu·Q·Grd)的输出等于0，得：Q(s)＝-Gu-1·Gd·Grd-1。在本公开的一种示例性实施例中，所述控制器求解方法还包括：基于性能目标函数的梯度下降法最优化求解；基于LMI的鲁棒模型匹配次优求解；以任意输入，零输出为导师信号的神经网络求解；基于奖励惩罚因子的强化学习求解。在本公开的一种示例性实施例中，所述逆变器前馈控制步骤还包括：将总扰动电流按预设比例分配给每一台扰动输入；残差前馈控制器通过输入由扰动产生的残差信息，经过3/2反变换对该逆变器进行前馈补偿，其中，补偿点在稳定控制器之后，所述稳定控制器根据双闭环以及下垂虚拟阻抗的方式进行前馈补偿控制；根据每台逆变器的余量，按照剩余容量对该扰动进行分配。在本公开的一个方面，提供一种公共负载公共连接点PCC电压暂态补偿前馈控制系统，其特征在于，所述系统包括：扰动信号采集模块，用于通过同步相量测量装置PMU从公共负载的PCC采集公共负载总电流作为扰动信号并同步传输到各逆变器；残差值生成模块，用于通过设计残差生成器，建立状态空间模型，并计算所述逆变器的扰动信号到残差值的传递函数，并通过所述传递函数生成所述逆变器的残差值；逆变器前馈控制模块，用于将所述残差值作为所述逆变器的前馈补偿器输入信号完成对所述逆变器的公共负载PCC电压暂态补偿前馈控制。本公开通过从公共负载的PCC采集公共负载总电流作为扰动信号并同步传输到各逆变器，通过设计残差生成器，建立状态空间模型，并计算所述逆变器的扰动信号到残差值的传递函数，并通过所述传递函数生成所述逆变器的残差值；用模型匹配方法对该控制器求解，将所述残差值作为所述逆变器的前馈补偿器输入信号完成对所述逆变器的公共负载PCC电压暂态补偿前馈控制。本公开基于观测器的残差生成策略以残差为输入的前馈控制器，加快了系统的暂态响应，在以电压为状态量时，通过针对扰动的快速补偿，使电压恢复过程明显加快，增加了系统的鲁棒性。应当理解的是，以上的一般描述和后文的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种公共负载公共连接点PCC电压暂态补偿前馈控制方法，其特征在于，所述方法包括：/n扰动信号采集步骤，从公共负载的PCC采集公共负载总电流作为扰动信号并同步传输到各逆变器；/n残差值生成步骤，通过建立控制对象的状态空间模型和状态观测器，导出以扰动量为输入，以残差量为输出的传递函数矩阵，并通过所述传递函数矩阵生成所述逆变器的残差值；/n逆变器前馈控制步骤，将所述残差值作为所述逆变器的前馈补偿器输入信号完成对所述逆变器的公共负载PCC电压暂态补偿前馈控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种公共负载公共连接点PCC电压暂态补偿前馈控制方法，其特征在于，所述方法包括：
扰动信号采集步骤，从公共负载的PCC采集公共负载总电流作为扰动信号并同步传输到各逆变器；
残差值生成步骤，通过建立控制对象的状态空间模型和状态观测器，导出以扰动量为输入，以残差量为输出的传递函数矩阵，并通过所述传递函数矩阵生成所述逆变器的残差值；
逆变器前馈控制步骤，将所述残差值作为所述逆变器的前馈补偿器输入信号完成对所述逆变器的公共负载PCC电压暂态补偿前馈控制。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扰动信号采集步骤还包括：
使用同步相量测量单元对公共负载的公共连接点PCC采集公共负载总电流进行监测；
利用全球定位系统GPS同步授时功能，将公共负载总电流作为扰动信号按照预设比例发送至各台逆变器的控制器。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述残差值生成步骤还包括：
建立控制对象的状态空间模型和状态观测器，并将二者联立；
以扰动量为输入，以残差量为输出的状态空间，并由此导出从扰动到残差的传递函数矩阵。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
建立多台逆变器并联模型，用复矢量Xdq表示旋转坐标系d、q轴分量之和Xd-jXq，对第i台逆变器LC建立电压电流微分方程模型：



输电线路的微分方程为：



定义第i、j两台逆变器之间的环流Iij为两台逆变器输出电压差引起的线路之间电流的变化值，该变化可由微分方程表示：



其中，Vi为逆变器输出电压，Ii为电感电流，Ioi为逆变器输出电流，Vp为负载端电压。Vii为三相桥输出电压，ri为滤波电感的内阻，Roi和Loi分别为第i台逆变器输电线路的电阻电感，Li和Ci分别为滤波电感、滤波电容。ω为d、q旋转坐标系角速度。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器求解步骤还包括：
稳定性说明：
当控制器为稳定控制器时，被控对象的输入u满足下式时，该前馈控制器为稳定控...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡长斌，张悦，罗珊娜，马瑞，范辉，周京华，温春雪，朴政国，
申请(专利权)人：北方工业大学，国网河北省电力有限公司电力科学研究院，国网河北能源技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11