[發明專利]基于模型逆結構與多環分頻擾動觀測器的抑制系統及方法

有效

• 申請號: 202110216408.2
• 申請日: 2021-02-26
• 公開（公告）號: CN112994093B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 常雨芳;張惠雯;朱禛浩;胡宇博;楊子瀟;朱自銘;張鳳順;王浩源;潘風;黃文聰
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24;H02J3/16;H02J3/18;H02J3/40;H02M7/48
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發明涉及一種基于模型逆結構與多環分頻擾動觀測器結合的擾動抑制系統及方法，主要是在分布式電源通過電壓型逆變器接入主電網時，選取虛擬同步電機控制器經基于模型逆與擾動觀測器的控制系統，使分布式電源能主動參與電力系統的有功調頻、無功調壓過程，同時得到電壓電流參考值；電壓電流控制器對注入電壓電流進行精細調節。本發明能有效增強逆變器控制系統的可靠性，提高穩定性，使微電網在通過靜態開關切換運行模式時，能夠避免環路切換造成的電流變化及負載功率波動，實現微電網運行模式平滑切換。

技術領域

本發明涉及微電網逆變器控制領域，特別是利用模型逆結構和擾動觀測器的結合，使系統同時具有跟蹤和抗擾動性能，從而提高系統各頻段抗擾動能力。

背景技術

隨著微電網的滲透度不斷提升，分布式電源能否穩定的并入電網成為了目前微電網領域研究的一個重要方面。無論是控制環路切換引起的內部擾動，還是供需不平衡引起的外部擾動，都會影響系統的穩定性。甚至，在模式切換過程中，兩者疊加擾動沖擊更大。因此，提高系統的抗擾動能力是十分必要的。

在逆變器控制策略中目前最常見的是雙環控制系統，外環控制器為功能環，體現不同的控制目的；內環控制器則對注入變量進行精準調節，提高抗擾性和電能質量。目前，內環控制多采用的方法有電流內環滯環控制策略、電壓電流雙環控制策略等。國內外學者在這些方法的基礎上不斷的進行改進，如將擾動觀測器應用于電壓電流雙環控制，使其能實時估計出擾動并前饋補償至輸入端，達到主動抑制擾動的目的，但擾動觀測器的前饋補償器無法實現理想的狀態，使得實際的擾動抑制能力只在中頻段有明顯提升效果。然而實際控制系統中，外界擾動除了分布在中頻段，還有很大一部分分布在低頻段。為了增強控制系統的擾動抑制能力，在此基礎上，我們提出了一種改進型的多環擾動觀測器，通過對擾動預測進行分頻，分頻段進行觀測估計和補償，從而抵消外部低頻段和中頻段的擾動，提升系統在各頻段的抗擾動性能。

但擾動觀測器關注于抗擾設計，在跟蹤性能方面還可以有所改進。內模控制是一種基于過程數學模型進行控制器設計的控制策略，具有良好的跟蹤性能。其實用性強，結構簡單，特別是對魯棒性的改善和對大時滯系統的控制效果尤為顯著。由于以上優勢，內模控制在工業過程控制中獲得了越來越廣泛的應用。但其擾動仍通過反饋作用抑制，而較大的反饋系數容易對系統穩定性產生影響。

綜合上述內環控制系統研究現狀，本專利提出一種基于擾動觀測器的改進型控制結構，即把以擾動觀測器為基礎的多環分頻擾動觀測器與模型逆結構相結合，達到同時優化系統跟蹤和預測能力的目的。模型逆是對內模控制結構進行的改造，與內模控制一致，側重于控制系統的跟蹤性能。因此，將兩者結合起來可以有效地將兩者的優勢發揮出來。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種利用模型逆結構與多環分頻擾動觀測器結合的方法來提高微電網穩定性，使分布式電源在內環控制部分，既有良好的跟蹤性能，又有可靠的抗擾動性能，實現微電網在并網運行模式切換到孤島運行模式時的平滑切換。

本發明解決其技術問題的具體方案是：采用模型逆結構和擾動觀測器結合的方法，通過基于內模控制的模型逆結構增強控制系統跟蹤性能，同時利用多環分頻擾動觀測器分別從中頻和低頻對其進行分頻擾動補償。具體是：

一種基于模型逆結構與多環分頻擾動觀測器結合的擾動抑制系統，其特征在于，分布式電源通過電壓型逆變器接入主電網時，選取虛擬同步電機控制器經基于模型逆與擾動觀測器的控制系統，使分布式電源能主動參與電力系統的有功調頻、無功調壓過程，同時得到電壓電流參考值；電壓電流控制器對注入電壓電流進行精細調節，具體包括：

基于內模控制的模型逆結構：用于保證對參數輸入的單位跟蹤，具有理想的開環特性；模型逆結構與電壓PI控制器結合控制，由電壓PI控制器消除系統誤差，模型逆結構選取合適的f(s)使模型逆成為可實現形式的低通濾波器；

多環分頻擾動觀測器：包括若干前饋補償器，用于估計出擾動并前饋補償至輸入端，干前饋補償器包括內環、中環以及外環前饋補償器。