用于微電網(wǎng)中多功能并網(wǎng)逆變器并聯(lián)的群體智能控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種仿生物體群智能的多功能逆變器群組控制方法，利用并網(wǎng)逆變器 與鄰近逆變器通訊和有限時間一致性算法，實現(xiàn)對微電網(wǎng)并網(wǎng)點PCC處指定次諧波和無功 電流補償?shù)娜植际椒謱涌刂品椒ǎ瑢匐姎夤こ?、分布式發(fā)電、微電網(wǎng)和電能質(zhì)量管理的領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 微電網(wǎng)作為可再生能源并網(wǎng)的重要載體，一方面實現(xiàn)了隨機性很強的新能源接入 電網(wǎng)，另一方面也為電網(wǎng)的穩(wěn)定提供了支持，近年來受到了廣泛關(guān)注。然而，隨著微電網(wǎng)中 越來越多電力電子裝置的應(yīng)用和各種諧波、無功負荷的增加，使得微電網(wǎng)并網(wǎng)點PCC處的 電能質(zhì)量越來越差。此時微電網(wǎng)雖然還可W為電網(wǎng)提供電能的支撐，但是也會給電網(wǎng)帶來 諧波和無功的污染，另一方面，微電網(wǎng)內(nèi)部的諧波和無功電流也會給微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶 來很大的挑戰(zhàn)。
[0003] 傳統(tǒng)的提高電網(wǎng)電能質(zhì)量的方法有安裝調(diào)諧濾波器、無功補償電容器等無源設(shè) 備，或者采用有源電力濾波器、靜止無功發(fā)生器等有源設(shè)備。雖然可W實現(xiàn)電能質(zhì)量的治 理，但是運些單純?yōu)橹卫黼娔苜|(zhì)量的設(shè)備會帶來額外的投資和運行維護成本。因此，一種 集成化功能型并網(wǎng)逆變器受到了越來越多的關(guān)注，運種逆變器不僅可W實現(xiàn)可再生能源的 并網(wǎng)發(fā)電，同時充分利用逆變器剩余容量補償微電網(wǎng)中的諧波和無功電流。運種并網(wǎng)逆變 器不需要額外的硬件投入，只要對原有的逆變器控制策略進行改進就可W有一機多職的功 能。
[0004] 然而運種多功能的并網(wǎng)逆變器僅僅利用剩余容量進行電能質(zhì)量的治理，單臺逆變 器的剩余容量是有限的，因此為了得到微電網(wǎng)電流的最佳補償效果，需要調(diào)動多臺逆變器 組成的群組參與電流質(zhì)量調(diào)節(jié)。在多臺逆變器同時參與電能質(zhì)量調(diào)節(jié)的時候，可W采用有 互聯(lián)線的集中控制，或者無互聯(lián)線的下垂或者限幅控制等。集中控制有功率分配精確，逆變 器之間不會有較大輸出功率偏差的優(yōu)點，但是在"即插即用"、"N+1"冗余等方面有一定的缺 陷，而且集中控制器對中央控制器的要求較高，可靠性較差。相比之下，無互聯(lián)線的控制策 略有"在線熱插拔"等靈活的特點，但是在無互聯(lián)情況下，各逆變器之間的功率分配不能達 到很準確的效果，很可能會出現(xiàn)有些逆變器一直工作在滿載狀態(tài)而其他逆變器的工作在輕 載狀態(tài)?；赪上原因，需要尋找一種分布式的多逆變器群組控制策略，在避免了集中式控 制可靠性低的缺點，同時實現(xiàn)適合分布式電源的分層控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對微電網(wǎng)并網(wǎng)點PCC處的 指定次數(shù)諧波、無功電流，采用一種多功能逆變器群體智能控制策略，基于有限時間一致性 算法的全分布式分層控制方案進行補償，并實現(xiàn)各分布式電源值G)按照自身剩余容量比 例分攤補償容量的控制方法。本發(fā)明在不增加微電網(wǎng)額外電能質(zhì)量治理設(shè)備的基礎(chǔ)上，克 服了單臺逆變器在補償諧波、無功電流方面剩余容量不足的缺陷；在不采用中央控制器的 情況下，實現(xiàn)了多功能逆變器群組比例分攤補償容量的功能。本發(fā)明可W降低微電網(wǎng)的投 資和運行維護成本，改善微電網(wǎng)的電能質(zhì)量，采用全分布式的控制方法，具有很強的靈活 性。
[0006] 為解決技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] 提供一種用于微電網(wǎng)中多功能并網(wǎng)逆變器并聯(lián)的群體智能控制方法，其特征在 于，微電網(wǎng)中的每臺逆變器都通過本地控制和與鄰近逆變器的通訊，實現(xiàn)群組對微電網(wǎng)并 網(wǎng)點PCC處指定次諧波和無功電流補償，并且每臺逆變器的補償分量正比于各自的剩余容 量；每臺逆變器的本地控制都采用分為=層的分層控制策略：一層為跟蹤控制，用來實現(xiàn) 每臺逆變器的指令無差跟蹤功能；二層為補償分量計算層，用來計算每臺逆變器所需的諧 波和無功電流補償指令，并將補償指令傳遞給一層控制；=層為通訊層，通過與鄰近的逆變 器進行數(shù)據(jù)通訊，利用有限時間一致性迭代算法得到通訊層中傳遞數(shù)據(jù)的平均值，并將其 送到二層控制；其中有一臺指定逆變器值G。)，在其一層控制中單獨設(shè)有對并網(wǎng)點PCC處指 定次諧波和無功電流進行檢測的模塊，能將檢測到的結(jié)果經(jīng)過處理后傳遞給=層控制；
[0008] 所述的群體智能控制方法包括W下步驟：
[0009] (1)由連接在并網(wǎng)點PCC處的指定逆變器值G。）對并網(wǎng)電流進行采樣，通過其一層 控制中獨有的指定次諧波和無功電流檢測模塊（其余逆變器沒有該功能模塊）分離出并網(wǎng) 電流中指定次諧波電流和無功電流的成分，并測得相應(yīng)的諧波指標和功率因數(shù)；用電網(wǎng)規(guī) 定的指定次諧波的崎變率減去測得的相應(yīng)次諧波崎變率，經(jīng)過補償諧波次數(shù)選擇環(huán)節(jié)后， 結(jié)果通過一個限幅控制器（即大于0的部分輸出結(jié)果都為0);限幅的結(jié)果經(jīng)PI調(diào)節(jié)后，與 相應(yīng)次數(shù)的諧波分量和無功分量相乘，即得到并網(wǎng)點電流中需要補償?shù)闹C波和無功的全部 分量；指定逆變器值G。）將其檢測出的全部補償分量每隔At時間（由于采用有限時間一 致性迭代算法，可W確保在At時間內(nèi)實現(xiàn)一致性迭代）傳遞給=層通訊層，利用通訊與鄰 近的逆變器共享此信息；
[0010] 似各逆變器的二層補償控制先計算各自的剩余容量，并將數(shù)據(jù)每隔At時間提 供給通訊層；
[0011] (3)各逆變器的通訊層中交換的數(shù)據(jù)含有逆變器的剩余容量和各自的補償分量， 在每一個At的迭代開始時，除指定逆變器值G。）的初始補償分量為自身檢測到的PCC點 處全部所需補償?shù)姆至浚溆嗄孀兤鞯某跏佳a償分量均為0 ;通過有限時間一致性算法進 行迭代，運算結(jié)果為逆變器群組剩余容量的平均值和補償容量的平均值，然后將運兩個平 均值傳遞給二層補償層；
[0012] (4)二層補償控制把各逆變器的自身的剩余容量除W接收到的群組剩余容量平 均值后，再與接收的補償容量平均值相乘，得到最終的補償電流指令，并傳遞給一層跟蹤控 制；
[0013] (5)各逆變器的一層跟蹤控制接收到補償電流指令后，針對諧波、無功電流利用與 其旋轉(zhuǎn)速度相對應(yīng)的反坐標變換，獲得abc自然坐標系下的補償電流指令，補償電流指令 和輸出基波有功、無功電流指令一起作為電流閉環(huán)的指令值；為了保證多功能并網(wǎng)逆變器 的輸出電流準確地跟蹤其指令電流，采用多諧振頻率的比例諧振控制保證其動態(tài)和靜態(tài)響 應(yīng)能力。
[0014] 本發(fā)明中，所述指定逆變器值G。）具有補償諧波次數(shù)選擇環(huán)節(jié)：當指定逆變器 值G。）進行諧波補償后的剩余容量小于設(shè)定的闊值時，對進行補償?shù)闹C波電流進行選擇，首 先放棄對指標偏差絕對值最小的次數(shù)諧波的補償，然后再比較其補償后的剩余容量，若比 闊值小則繼續(xù)進行上述的操作。
[0015] 本發(fā)明中，在通過有限時間一致性算法進行迭代時，采用圖形發(fā)現(xiàn)算法獲得全部 有連接關(guān)系的逆變器群組的數(shù)量和拉普拉斯矩陣及其特征值，并實時監(jiān)測群組逆變器結(jié)構(gòu) 的變化情況，更新相應(yīng)的逆變器數(shù)量和拉普拉斯矩陣；然后構(gòu)建一個特殊的迭代系數(shù)矩陣， 實現(xiàn)有限時間一致性算法的運算。
[0016] 本發(fā)明中，所述并網(wǎng)電流中的指定次諧波電流，是指3、5、7、11次諧波電流；所述 諧波指標，是指3、5、7、11次諧波的崎變率；所述諧波指標和功率因數(shù)是通過基波旋轉(zhuǎn)角速 度和諧波相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角速度同步坐標變換和二階低通濾波后計算得到。
[0017] 本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：
[0018] 1、本發(fā)明可W充分利用微電網(wǎng)中現(xiàn)有的并網(wǎng)逆變器設(shè)備的剩余容量進行指定次 諧波和無功電流的治理，不需要額外的?？谥卫黼娔苜|(zhì)量的硬件投入，降低了系統(tǒng)成本。
[0019] 2、所提供的逆變器群組補償電流均分方案采用了一種有限時間一致性算法，可W 在有限的時間內(nèi)，快速達到共識平均，然后獲得逆變器各自補償分量指令。逆變器只需要與 鄰近的逆變器進行通訊，鄰近的逆變器可W理解為物理位置相近的逆變器，在采用有線連 接時可W節(jié)約連接線成本，且不需要中央控制器或