[发明专利]基于模型预测控制的储能系统二次调节策略

权利要求书

1.基于模型预测控制的储能系统二次调节策略，其特征在于，包括：

推导逆变器及其控制环节的状态空间模型，建立角频率和电压的预测模型；

根据期望值分别得到角频率和电压的优化目标函数，通过对优化目标函数滚动优化，获得使该函数取极小值时的多个控制增量，结合上一采样时刻的初始预测值求得输出预测值，与实际测量值反馈校正后获得修正后的输出预测值，作为下一时刻的初始预测值；同时取即时控制增量构成控制变量，作为调节角频率和电压的二次调节量；

所述角频率和电压的预测模型的构建步骤，包括：

步骤1)：采样获得逆变器输出端电压u_i和电流i_i、滤波器输出端电压u_o和电流i_o、公共连接点电压V_s；u_o经park变换得dq轴变量u_od、u_oq，同理得i_o、u_i、i_i和V_s的dq轴变量；设逆变器稳定运行时输出电压的角频率为ω₀，推导i_i、u_o和i_o的状态方程，分别为：

和其中L_f、C_f和R_f分别为滤波电感、电容和电阻；L、R分别为线路电感、电阻；ω_n＝2πf_n为额定角频率，其中f_n＝50Hz；

步骤2)：计算有功功率和无功功率，分别为p＝u_odi_od+u_oqi_oq，q＝u_oqi_od-u_odi_oq，经截止角频率为ω_c的低通滤波器得平均功率为P、Q，即s为拉普拉斯变换微分算子；

利用P、Q获得角频率和电压的下垂控制参数，同时添加二次调节量，得其中ω＝2πf，ω_n＝2πf_n，f_n、U_n分别为频率、电压的基准值；P_n、Q_n分别为频率、电压在基准值时对应的有功功率和无功功率；m、n分别为P-ω、Q-V下垂系数；ω_s、u_M分别为添加的角频率变量和电压变量；将下垂控制产生的电压值作为电压控制外环的参考信号，即u^*_od＝U_n+n(Q_n-Q)+u_M、u^*_oq＝0；

步骤3)：定义电压差状态变量即对(u^*_od-u_od)进行积分获得变量同理对(u^*_oq-u_oq)积分获得变量设计电压外环控制方程其中k_vp、k_vi分别为电压外环的比例、积分参数；H为调节输出电流i_o的参数，将电压外环控制方程产生的电流信号i^*_id、i^*_iq作为电流内环参考信号；

定义电流差状态变量即对(i^*_id-i_id)积分获得变量γ_d，同理对(i^*_iq-i_iq)积分获得变量γ_q，设计电流内环控制方程为其中k_ip、k_ii分别为内环的比例、积分参数；在高频率下忽略开关部分的动态影响，认为电流内环控制方程产生的电压信号u^*_id、u^*_iq分别等于逆变器输出电压u_id、u_iq；

步骤4)：由ω＝ω_n+m(P_n-P)+ω_s获得角频率，经积分获得逆变器定义下dq轴坐标的角度δ，即δ＝∫ωdt，所有变量均定义在dq轴坐标系下，设公共母线电压为(V_d，V_q)，将(V_d，V_q)变换到逆变器定义的dq轴坐标系下，得根据δ、P、Q、γ_d、γ_q、i_id、i_iq、u_od、u_oq、i_od、i_oq建立逆变器及其控制环节的小信号状态空间模型其中为状态变量，

Δu＝[Δω_s Δu_M ΔV_d ΔV_q]^T为控制变量，矩阵A_DG、B_DG中，I_id、I_iq、I_od、I_oq、V_od、V_oq分别为状态空间变量i_id、i_iq、i_od、i_oq、u_od、u_oq在逆变器稳定运行时对应的状态值；

步骤5)：利用中心控制器，获得各分布式电源输出的频率和电压U，计算平均角频率和平均电压建立输出预测值为平均角频率的角频率预测模型

其中，C_ω＝[0,-m,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]，D_ω＝[1 0 0]，Δu_ω＝[Δω_s ΔV_d ΔV_q]^T，

矩阵B_DGω中I_id、I_iq、I_od、I_oq、V_od、V_oq分别为状态空间变量i_id、i_iq、i_od、i_oq、u_od、u_oq在逆变器稳定运行时对应的状态值；

建立输出预测值为平均电压的电压预测模型

其中，C_U＝[0,0,–n,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]，D_U＝[1 0 0]，Δu_U＝[Δu_M ΔV_d ΔV_q]^T，

以采样周期T_s将角频率和电压的预测模型离散化，分别得

其中，

公式中，三角符号Δ表示某变量的小信号变化量。