[發明專利]基于虛擬電容的并聯變流器模型預測控制方法及系統

有效

• 申請號: 202110400465.6
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113258806B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 張禎濱;歐路利可·巴巴悠米;李真;董政;李昱
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02M7/493
• 分類號: H02M7/493;H02J3/46;H02J3/50
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張慶騫

本發明屬于交流微電網預測控制領域，提供了一種基于虛擬電容的并聯變流器模型預測控制方法及系統。其中，該控制方法包括獲取變流器的輸出無功功率，并與參考無功功率進行比較；根據輸出無功功率與參考無功功率的比較結果，自動調整虛擬電容器電抗；其中，虛擬電容器串聯或并聯至每個并聯的變流器回路中；將虛擬電容器輸出的電流分別經下垂控制及虛擬阻抗環路控制后作差，得到預測模型參考電壓；將預測模型參考電壓作為預測模型控制的輸入，優化預測模型控制策略中對應的成本函數，得到最小化成本函數對應的最佳開關組合，以對變流器進行最佳控制且使其獲得相等或成比例的無功功率共享。

技術領域

本發明屬于交流微電網預測控制領域，尤其涉及一種基于虛擬電容的并聯變流器模型預測控制方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

電力系統對可再生能源的需求正在迅速增長.這些可再生能源也稱為分布式發電(DG)，因為它們可以位于微電網的多個位置。DG通常需要電壓源變流(VSC)，為連接到微電網的負載提供穩定和安全的電源。下垂控制是并聯VSC中功率分配的重要方法。但是，VSC的饋線阻抗和下垂系數不匹配會導致并聯連接的分布式VSC之間存在無功功率分配誤差，如圖1所示。

在現有文獻中，無功功率(Q)分配方法分為兩類，即：無功-電壓(Q-V)下垂系數控制方法和虛擬阻抗方法。Q-V下垂控制技術通常通過調整每個或所有連接變流器的Q-V下垂系數，以實現理想比例的無功分配。這種方法存在一定挑戰性，因為它將導致較差的電壓調節性能，并且還需要估算沿線的電壓降。其中，虛擬阻抗方法在電壓控制環路中引入虛擬阻抗，以匹配所有變流器的阻抗。這種方法同樣具有挑戰性。例如，需要對饋線電流進行測量以進行阻抗估計，負載變化期間仍存在分配誤差，以及會導致較差的電壓調節性能。

發明人發現，當VSC并聯運行時，現有的下垂控制將導致變流器間的無功功率存在分配誤差。

發明內容

為了解決上述背景技術中存在的技術問題，本發明提供一種基于虛擬電容的并聯變流器模型預測控制方法及系統，其實現了電壓源型變流器間的無功功率分配。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個方面提供一種基于虛擬電容的并聯變流器模型預測控制方法，其包括：

獲取變流器的輸出無功功率，并與參考無功功率進行比較；

根據輸出無功功率與參考無功功率的比較結果，自動調整虛擬電容器電抗；其中，虛擬電容器串聯或并聯至每個并聯的變流器回路中；

將虛擬電容器輸出的電流分別經下垂控制及虛擬阻抗環路控制后作差，得到預測模型參考電壓；

將預測模型參考電壓作為預測模型控制的輸入，優化預測模型控制策略中對應的成本函數，得到最小化成本函數對應的最佳開關組合，以對變流器進行最佳控制且使其獲得相等或成比例的無功功率共享。

本發明的第二個方面提供一種基于虛擬電容的并聯變流器模型預測控制系統，其包括：

無功功率比較模塊，其用于獲取變流器的輸出無功功率，并與參考無功功率進行比較；

虛擬電容器電抗調整模塊，其用于根據輸出無功功率與參考無功功率的比較結果，自動調整虛擬電容器電抗；其中，虛擬電容器串聯或并聯至每個并聯的變流器回路中；

預測模型參考電壓計算模塊，其用于將虛擬電容器輸出的電流分別經下垂控制及虛擬阻抗環路控制后作差，得到預測模型參考電壓；

最佳開關組合計算模塊，其用于將預測模型參考電壓作為預測模型控制的輸入，優化預測模型控制策略中對應的成本函數，得到最小化成本函數對應的最佳開關組合，以對變流器進行最佳控制且使其獲得相等或成比例的無功功率共享。