基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制方法，通过实时采集系统电流和电压，使用虚拟同步发电机控制方法生成参考电流，并建立预测优化模型，从预测优化模型得到电流预测值，将电流预测值和参考电流送入目标函数中，挑选出令目标函数最小的预测值，所对应的最优开关序列直接作用于逆变器中。在电网发生功率突变情况下，本发明专利技术方法适当降低功率波动，优化系统暂态过程；应用虚拟同步发电机技术与模型预测控制相结合，实现了对三相逆变器的有效控制，不仅减少了参数设置，优化了控制结构，而且为电网提供惯性支持方面发挥了重要作用。适合于太阳能发电、风力等新能源并网系统，并且可推广到其它单相或者三相并网逆变器的控制方法当中。器的控制方法当中。器的控制方法当中。

【技术实现步骤摘要】
基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制方法


[0001]本专利技术涉及一种微电网控制技术，特别涉及一种基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制方法。

技术介绍

[0002]在全球环境污染和能源危机的影响下，以可再生能源为主题的分布式发电已经获得相对广泛的应用。分布式发电可以实现能源的综合梯级利用，弥补大电网稳定性的不足，但具有不可控和随机波动性等缺点。
[0003]微电网控制技术可以有效解决分布式发电的缺点，因此得到了国内外学者的广泛关注。随着大规模可再生能源向电网的高度渗透，对并网逆变器容量、成本、效率及可靠性等方面的要求较高。
[0004]由于模型预测控制(MPC)具备灵活性好、鲁棒性强、实现简单等优点，所以现今很多学者对此进行了深入探究。在没有锁相环、脉宽调制或比例积分或比例谐振控制器的情况下，MPC通过将预测值和参考值与成本函数进行比较来输出转换器的最佳开关状态。可以减少参数的设计，大大减少研发所需要的时间。
[0005]绝大多数分布式能源接入电网时需要并网逆变器作为接口,而逆变器往往存在着过载能力差、输出阻抗小和几乎不存在惯性等缺点。传统电力系统中,多以大型同步发电机为主要电源。由于同步发电机的转子存在惯性,因此当电力系统发生负荷突变或发电机跳闸时,正常运行的同步发电机会通过释放转子动能缓慢弥补功率缺额，以抑制频率的快速变化,达到维持电网安全稳定的目的。然而,作为以逆变控制为核心的分布式发电系统,其惯性的缺失会导致在系统发生扰动时各电能参数的过快响应。其中系统频率的突变会影响配电网甚至电网的安全稳定运行。

技术实现思路

[0006]针对现有分布式发电系统配电稳定性问题，提出了一种基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制方法，通过实时采集系统电流和电压等物理量，使用虚拟同步发电机控制方法生成参考电流，并建立预测优化模型，从预测优化模型得到电流预测值，将电流预测值和参考电流送入目标函数中，挑选出令目标函数最小的预测值，所对应的最优开关序列直接作用于逆变器中。当负荷功率发生变化时，为微网提供惯性和稳定性。
[0007]本专利技术的技术方案为：一种基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制方法，直流电压源经过高频开关三相逆变器转换为交流电，再经过LCL滤波器后并入交流电网，控制方法具体步骤如下：
[0008]5)采样当前时刻所对应的逆变器侧电流i
1abc
，电容电压U
cabc
，电网侧电流i
2abc
，电网电压U
abc
；然后直流电压U
dc
、逆变器侧电流i
1abc
、电容电压U
cabc
状态值进行Clark变换，送入模型预测控制进行计算，获得一个采样周期内每种逆变器输出电压矢量对应的预测电流值i
1αβ
(k+1)；
[0009]6)电网侧电流i
2abc
、电网电压U
abc
状态值进行Clark变换，送入虚拟同步发电机通过虚拟同步发电机控制方法生成电流参考值i
1αβ_ref
，将dq坐标系下的电流参考值送入代价函数；
[0010]7)从预测模型得到预测电流值，经Park变换后送入代价函数中；
[0011]8)挑选出令代价函数g最小的预测值g
min
，所对应的最优开关序列直接作用于逆变器中。
[0012]进一步，所述步骤1)中预测电流值为：
[0013][0014]其中U
inαβ
(k)为逆变器k时刻输出的电压矢量；U
cαβ
(k)为k时刻电容电压U
cabc
状态值进行Clark变换后的电压值；T
s
为采样时间；i
1αβ
(k)为k时刻逆变器侧电流i
1abc
状态值进行Clark变换后的电流值；L1为LCL滤波器滤波电感，R1为LCL滤波器滤波电阻；
[0015]其逆变器输出的电压矢量
[0016]进一步，所述步骤2)中通过虚拟同步发电机控制方法生成电流参考值i
1αβ_ref
由进行Clark变换获得，
[0017][0018]其中，E
abc
为定子绕组中的转子运动产生的反电动势；ω为电气的角速度或机械的角速度；
[0019][0020]其中E
m
为逆变器的内电势有效值；θ为内电势的相角。
[0021]进一步，所述代价函数g计算公式如下：
[0022][0023]其中，i
1dq
(k+1)、为i
1αβ
(k+1)、i
1αβ_ref
经Park变换后的预测电流值、电流参考值。
[0024]本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制方法，在电网发生功率突变情况下，本专利技术所应用的控制策略可以适当降低功率波动，优化系统暂态过程；应用虚拟同步发电机技术与模型预测控制相结合，实现了对三相逆变器的有效控制，不仅减少了参数设置，优化了控制结构，而且为电网提供惯性支持方面发挥了重要作用。适合于太阳能发电、风力等新能源并网系统，并且可推广到其它单相或者三相并网逆变器的控制方法当中。
附图说明
[0025]图1为三相LCL型并网逆变器拓扑图；
[0026]图2为本专利技术基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制系统结构框图；
[0027]图3为虚拟同步发电机控制框图；
[0028]图4为不同控制策略的功率控制仿真波形对比图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0030]如图1、2所示三相LCL型并网逆变器拓扑以及本专利技术基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制系统结构框图，直流电压源经过高频开关三相逆变器转换为交流电，再经过LCL滤波器后并入交流电网。控制系统包括用于检测入网电流和滤波电容电流的检测变送器、将三相静止坐标系下的三相电流转换成两相静止坐标系下两相电流的坐标变换单元(分别用于将电网侧的三相电流和滤波电容的三相电流进行坐标变换)，将指令电流从两相旋转坐标系转换成两相静止坐标系的坐标变换单元，将内环比例控制器输出信号从两相静止坐标系转换成三相静止坐标系的坐标变换单元。
[0031]控制过程为：第一步需要采样当前时刻所对应的逆变器侧电流i
1abc
，电容电压U
cabc
，电网侧电流i
2abc
，电网电压U
abc
；然后直流电压U
dc
、逆变器侧电流i
1abc
、电容电压U
cabc
状态值进行Clark变换，送入MPC预测模型进行计算，获得一个采样周期内每种逆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制方法，直流电压源经过高频开关三相逆变器转换为交流电，再经过LCL滤波器后并入交流电网，其特征在于，控制方法具体步骤如下：1)采样当前时刻所对应的逆变器侧电流i
1abc
，电容电压U
cabc
，电网侧电流i
2abc
，电网电压U
abc
；然后直流电压U
dc
、逆变器侧电流i
1abc
、电容电压U
cabc
状态值进行Clark变换，送入模型预测控制进行计算，获得一个采样周期内每种逆变器输出电压矢量对应的预测电流值i
1αβ
(k+1)；2)电网侧电流i
2abc
、电网电压U
abc
状态值进行Clark变换，送入虚拟同步发电机通过虚拟同步发电机控制方法生成电流参考值i
1αβ_ref
，将dq坐标系下的电流参考值送入代价函数；3)从预测模型得到预测电流值，经Park变换后送入代价函数中；4)挑选出令代价函数g最小的预测值g
min
，所对应的最优开关序列直接作用于逆变器中。2.根据权利要求1所述基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭红，李辉，吴亚雄，方浩旭，金宏艳，张苏捷，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：