[发明专利]基于模型逆结构与多环分频扰动观测器的抑制系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于模型逆结构与多环分频扰动观测器结合的扰动抑制系统及方法，主要是在分布式电源通过电压型逆变器接入主电网时，选取虚拟同步电机控制器经基于模型逆与扰动观测器的控制系统，使分布式电源能主动参与电力系统的有功调频、无功调压过程，同时得到电压电流参考值；电压电流控制器对注入电压电流进行精细调节。本发明能有效增强逆变器控制系统的可靠性，提高稳定性，使微电网在通过静态开关切换运行模式时，能够避免环路切换造成的电流变化及负载功率波动，实现微电网运行模式平滑切换。

技术领域

本发明涉及微电网逆变器控制领域，特别是利用模型逆结构和扰动观测器的结合，使系统同时具有跟踪和抗扰动性能，从而提高系统各频段抗扰动能力。

背景技术

随着微电网的渗透度不断提升，分布式电源能否稳定的并入电网成为了目前微电网领域研究的一个重要方面。无论是控制环路切换引起的内部扰动，还是供需不平衡引起的外部扰动，都会影响系统的稳定性。甚至，在模式切换过程中，两者叠加扰动冲击更大。因此，提高系统的抗扰动能力是十分必要的。

在逆变器控制策略中目前最常见的是双环控制系统，外环控制器为功能环，体现不同的控制目的；内环控制器则对注入变量进行精准调节，提高抗扰性和电能质量。目前，内环控制多采用的方法有电流内环滞环控制策略、电压电流双环控制策略等。国内外学者在这些方法的基础上不断的进行改进，如将扰动观测器应用于电压电流双环控制，使其能实时估计出扰动并前馈补偿至输入端，达到主动抑制扰动的目的，但扰动观测器的前馈补偿器无法实现理想的状态，使得实际的扰动抑制能力只在中频段有明显提升效果。然而实际控制系统中，外界扰动除了分布在中频段，还有很大一部分分布在低频段。为了增强控制系统的扰动抑制能力，在此基础上，我们提出了一种改进型的多环扰动观测器，通过对扰动预测进行分频，分频段进行观测估计和补偿，从而抵消外部低频段和中频段的扰动，提升系统在各频段的抗扰动性能。

但扰动观测器关注于抗扰设计，在跟踪性能方面还可以有所改进。内模控制是一种基于过程数学模型进行控制器设计的控制策略，具有良好的跟踪性能。其实用性强，结构简单，特别是对鲁棒性的改善和对大时滞系统的控制效果尤为显著。由于以上优势，内模控制在工业过程控制中获得了越来越广泛的应用。但其扰动仍通过反馈作用抑制，而较大的反馈系数容易对系统稳定性产生影响。

综合上述内环控制系统研究现状，本专利提出一种基于扰动观测器的改进型控制结构，即把以扰动观测器为基础的多环分频扰动观测器与模型逆结构相结合，达到同时优化系统跟踪和预测能力的目的。模型逆是对内模控制结构进行的改造，与内模控制一致，侧重于控制系统的跟踪性能。因此，将两者结合起来可以有效地将两者的优势发挥出来。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用模型逆结构与多环分频扰动观测器结合的方法来提高微电网稳定性，使分布式电源在内环控制部分，既有良好的跟踪性能，又有可靠的抗扰动性能，实现微电网在并网运行模式切换到孤岛运行模式时的平滑切换。

本发明解决其技术问题的具体方案是：采用模型逆结构和扰动观测器结合的方法，通过基于内模控制的模型逆结构增强控制系统跟踪性能，同时利用多环分频扰动观测器分别从中频和低频对其进行分频扰动补偿。具体是：

一种基于模型逆结构与多环分频扰动观测器结合的扰动抑制系统，其特征在于，分布式电源通过电压型逆变器接入主电网时，选取虚拟同步电机控制器经基于模型逆与扰动观测器的控制系统，使分布式电源能主动参与电力系统的有功调频、无功调压过程，同时得到电压电流参考值；电压电流控制器对注入电压电流进行精细调节，具体包括：

基于内模控制的模型逆结构：用于保证对参数输入的单位跟踪，具有理想的开环特性；模型逆结构与电压PI控制器结合控制，由电压PI控制器消除系统误差，模型逆结构选取合适的f(s)使模型逆成为可实现形式的低通滤波器；

多环分频扰动观测器：包括若干前馈补偿器，用于估计出扰动并前馈补偿至输入端，干前馈补偿器包括内环、中环以及外环前馈补偿器。