[发明专利]一种基于谐波干扰观测器的电网电流复合预测控制方法

说明书

一种基于谐波干扰观测器的电网电流复合预测控制方法，其采用干扰观测器结合预测控制器实现逆变器开关谐波与网侧电压波动条件下电网电流的抗干扰跟踪控制，提高并网逆变器的控制精度和鲁棒性。在所述的复合控制方法设计过程中，首先针对并网逆变器开关动作引起的谐波干扰，设计谐波干扰观测器对谐波干扰进行实时估计与前馈补偿；其次，基于干扰前馈补偿项，设计复合预测控制器，在电网电压存在波动的情况下实现电流的鲁棒跟踪控制；最后，通过合理选取复合控制器参数，同时保证系统抗干扰能力与闭环稳定性，最终使得并网逆变器输出稳定的三相电压和电流。所述的并网逆变器复合预测控制方法适用于三相并网系统的电压源逆变过程，能够提高电流跟踪控制的精确性和鲁棒性，改善电网用户的用电质量。

技术领域

本发明涉及一种基于谐波干扰观测器的电网电流复合预测控制方法，属于电力技术领域。

背景技术

随着全球电能的不断消耗、环境问题日益加剧，其中化石燃料作为人类消耗的主要能源，其使用过程中由于处理不当带来了不良的影响，在我国坚持贯彻可持续发展战略的前提下，人们的环保。意识逐渐增强，越来越多的绿色能源被人类开发和利用。传统的电网形式(发电、配电和用电)也在发生的变化。其中，在新能源发电方面，以风力发电、氢能源、太阳能等等为代表的可再生清洁能源在国内备受青睐，2017年我国的风能与太阳能发电同比2016年增长了34％、74％。水利发电、风力发电、核能发电、天然气、太阳能发电等绿色能源占总量的18％。中国社科院预测：中国可再生能源需求将持续增长，新能源占比到2020年将达到16％，预计将超过石油。

在新能源发电系统中，大多数都采用三相逆变器作为接口电路来实现能量转换与并网发电。在逆变器发电系统中，与传统火力发电不同的是，风能、太阳能等新能源电力具有空间尺度上的低密度分散性与时间尺度上的强随机波动性。新能源电力大规模的接入会导致电网的“荷”、“源”呈现出强随机性和波动性，给电网的运行以及控制带来巨大的挑战。随着新能源的不断加入，以光能为主的新能源并网逆变器大规模接入电网，导致电网的安全稳定运行能力也随之下降。在并网过程中，在逆变过程中面临着多种干扰，不仅有逆变器本身带来的干扰，还有电网中自身所存在的干扰。本身逆变器通过PWM控制，逆变器的输出结果会携带高次谐波，虽然通过了滤波器进行滤波，但是得到的结果依旧不是很理想，仍然存在耦合谐波干扰及点电压波动的问题。而电力电子系统性能在运行过程中还受到多种形式未知扰动的影响，如外界环境或工况变化引起的电路输入电压、负载功率、电感及电容、寄生电阻等参数摄动。更为重要的是，这些干扰表现为多种形式，如电路参数是时变的，以及外部环境的不确定性，它们可能表现为谐波变量，阶跃变量、斜坡或抛物线等高阶特征变量形式，这些干扰的存在会严重影响系统控制性能。其中，逆变过程本身携带的干扰对逆变过程的影响很大，因此，本发明提供一种基于谐波干扰观测器的电网电流复合预测控制方法，设计复合控制策略，针对并网逆变器开关动作引起的谐波干扰，设计谐波干扰观测器对谐波干扰进行实时估计与前馈补偿；进而，基于干扰前馈补偿项，设计复合预测控制器，在电网电压存在波动的情况下实现电流的鲁棒跟踪控制；最后，通过合理选取复合控制器参数，同时保证系统抗干扰能力与闭环稳定性，最终使得并网逆变器输出稳定的三相电压和电流。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于谐波干扰观测器的电网电流复合预测控制方法，补偿电网逆变过程的谐波干扰及抑制电网端存在的电压波动干扰，保证系统抗干扰能力与闭环稳定性，很好地满足电网并网需求。

为了实现所述目的，本发明的技术方案为：利用锁相环提取电网实时的相频数据，结合检测到的相频数据，将电网实际的电流进行abc—dq变化，得到电网实际的dq轴电流值作为电流控制器的反馈信号；针对谐波干扰设计干扰观测器，对干扰进行观测，通过内环前馈补偿，然后通过设计模型预测控制器，选取合理的参数，进行控制调节，对电网侧存在的电压波动干扰进行抑制，最终得到稳定的电流控制输出，进而控制逆变器，从而向电网输出高质量的电压和电流信号。

本发明一种基于谐波干扰观测器的电网电流复合预测控制方法，步骤如下：