[发明专利]基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

发明内容

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。

本发明的技术方案为：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：

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)；

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；

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；

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。