含不平衡负载微电网系统的电压控制方法技术方案

本发明专利技术涉及电压控制领域，具体涉及一种含不平衡负载微电网系统的电压控制方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，建立含不平衡负载微电网系统中的分布式电源并网逆变器的哈密顿模型；步骤2，根据哈密顿模型进行有限时间无源控制器设计；步骤3，基于改进的迭代遗传算法，利用离散化与迭代的化简作用以及改进遗传操作的良好寻优性能，寻找有限时间无源控制器的最优的分数幂以及注入阻尼值参数；步骤4，将最优的分数幂以及注入阻尼值参数输入到有限时间无源控制器，运算产生连续控制律，进而控制分布式电源并网逆变器的可控开关管。该方法方法能够有效地解决不平衡负载下微电网出现的电压不平衡现象，提高微电网电能质量。

【技术实现步骤摘要】
含不平衡负载微电网系统的电压控制方法
本专利技术涉及电压控制领域，具体涉及一种含不平衡负载微电网系统的电压控制方法。
技术介绍
在含不平衡负载的微电网系统中，由于微电网中有大量单相负荷的不对称接入，使微电网处于三相不平衡状态，降低了微电网运行性能。因此需要高性能控制技术使微电网在正常工作条件以及不平衡条件下都能实现高电能质量。现有的研究控制方法中大多数需要将电压电流进行正负序分别控制，增加了系统的控制复杂度。在控制系统的性能指标中，收敛性能是很关键的一个指标，然而，现有的非线性控制方法中，控制目标只能以渐进的形式收敛到期望值。在无源控制中，阻尼参数的确定直接影响系统的响应速度，因此，确定最优的阻尼参数成为关键。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种含不平衡负载微电网系统的电压控制方法。本专利技术提供了一种含不平衡负载微电网系统的电压控制方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，建立含不平衡负载微电网系统中的分布式电源并网逆变器的哈密顿模型；步骤2，根据哈密顿模型进行有限时间无源控制器设计；步骤3，基于改进的迭代遗传算法，利用离散化与迭代的化简作用以及改进遗传操作的良好寻优性能，寻找有限时间无源控制器的最优的分数幂以及注入阻尼值参数；步骤4，将最优的分数幂以及注入阻尼值参数输入到有限时间无源控制器，运算产生连续控制律，进而控制分布式电源并网逆变器的可控开关管，其中，步骤1包括以下子步骤：步骤1-1，在dq坐标系下，建立分布式电源并网逆变器的数学模型，ωdq是dq坐标系下的角频率，其等于所需的输出电压的频率，idq表示dq坐标系中的输出电流，endq为输出电压，iLdq为负载电流，isdq为并网电流，i1dq为线路电流，mdq是逆变器的调制参数，dq参考系中的所有变量都是通过Park变换从abc变量中得到的，参数L、C、R分别表示输出滤波器的电感、电容以及等效输出电阻，等效输出电阻模拟滤波器电感损耗和变换器损耗，步骤1-2，将含不平衡负载微电网系统表示为哈密顿模型，x是状态向量，J(x)和R(x)分别是互连和阻尼矩阵，H(x)代表了总能量存储系统，g(x)是输入矩阵，u是控制输入向量，ζ表示系统干扰，含不平衡负载微电网系统中的分布式电源并网逆变器的哈密顿模型为，n＝1,2，表示分布式电源的序号，此时，互联和阻尼矩阵J和R不依赖于状态量，Jn＝-JnT是反对称矩阵，Rn＝RnT≥0是对称正半定矩阵，系统中存储的总能量H(x)由存储在输出滤波器电感和电容上的总能量之和给出，在选取闭环系统能量函数时，运用有限时间控制理论，设计一种带有分数幂的李雅普诺夫函数作为能量函数：其中，λ为分数幂，其范围为0＜λ＜1，步骤2包括：选择xn*为有限时间无源控制器设计的期望平衡点，确保跟踪误差εn＝xn-xn*收敛于零，这一目标可以通过对跟踪误差的闭环动态设置来实现，Jnd(ε)和Rnd(ε)分别为期望的互联与耗散矩阵，Jnd(ε)＝Jn(ε)+Jna(ε)(10)Rnd(ε)＝Rn(ε)+Rna(ε)(11)Hnd(x,x*)是闭环系统的哈密顿能量函数，ε＝0时，达到稳定平衡，当xn*＝xn时，Hnd(x,x*)取最小值，则这个平衡是渐近稳定的，即选择闭环能量函数(13)，以保证更快地实现稳定性以及误差跟踪，其导数为由式(14)可知，如果Rnd是一个正定矩阵，则可以保证跟踪误差收敛到零，因此，选择Rna如下此外，Jnα的设计是实现为了电压和电流方程在d轴和q轴上的解耦，由式(3)、(9)以及式(18)得到微分方程，通过求解式(19)，得到系统控制律mnd和mnq的表达式为dq电流的参考值为依据式(20)-(23)构造有限时间无源控制器，其中，λ为分数幂，R1,R2,R3,R4均为注入阻尼。在本专利技术提供的含不平衡负载微电网系统的电压控制方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3包括以下子步骤：步骤3-1，选择目标函数为步骤3-2，迭代遗传算法的计算步骤如下：步骤3-2-1，初始化，产生初始化父代种群，初始化加速循环次数、细调次数、再生系数及其各自最大值，步骤3-2-2，交叉，通过交叉寻找父代双亲已有的但未能合理利用的基因信息，采用线性交叉算子：Z1和Z2为父代个体，和为由Z1和Z2通过线性交叉产生的子代个体，迭代遗传算法采用重组操作代替交叉操作，即不对两父本的基因进行交换，而是按序在两父本中选择等位基因组成一个子代个体，适应度值大的父代个体的等位基因被选作子代个体的基因的概率较大，由一对父代个体重组操作产生体y1.,j，共操作N次，产生子代种群y1，步骤3-2-3，变异，按照变异概率对某个体的某基因上施加一均值为0的高斯噪声N(0,σ2)，其中σ为方差，设计一对适应度值不敏感的自适应方法，确定σσ＝λ|yi,h,k-yi,j,k|(26)y.,h为父代最优个体；h为该最优个体的位置；λ为比例系数，设为1，为加速收敛过程，根据父代个体基因与最优个体相应基因的相对位置，确定所产生的高斯随机数的符号，对基因yi,j,k，变异操作定义为y2i,j,k＝yi,j,k+N(0,|yi,h,k-yi,j,k|)·sgn(yi,h,k-yi,j,k)(27)步骤3-2-4，选择，选择操作，产生新的父代种群y，对父代种群y、步骤3-2-2得到的种群y1、步骤3-2-3得到的种群y2，共计3N个个体，采取基于Metropolis判别准则的选择操作，共得到N个个体，从而构成新的父代种群，步骤3-2-5，进行第二次演化迭代，执行一组重组、变异以及选择操作视为进行一次演化迭代，若达到预定演化迭代次数，该预定演化迭代次数为2次，则转入步骤3-2-6，否则转入步骤3-2-2。步骤3-2-6，加速循环，采用第一、第二次演化迭代所产生的优秀个体对应的变量变化区间，作为变量新的初始化区间，转入步骤3-2-1，若达到预定加速循环次数，该预定加速循环次数设为2次，则转入步骤3-2-7，经过加速循环，优秀个体的变化区间将逐步调整和收缩，逼近最优点，步骤3-2-7，细调，在当前最优个体附近随机搜索若干点，若所得最优个体的目标函数值达到精度要求，将其作为结果，转入步骤3-2-9，否则转入步骤3-2-8，步骤3-2-8，再生，当系统已收敛于一局部最优点时，对其施加一较大扰动，使其脱离局部最优点，开始新的搜索，若当代与上一代的最大适应度值相等，则再生系数+1，否则置0；若再生系数小于其最大设定值，转入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含不平衡负载微电网系统的电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，建立含不平衡负载微电网系统中的分布式电源并网逆变器的哈密顿模型；/n步骤2，根据所述哈密顿模型进行有限时间无源控制器设计；/n步骤3，基于改进的迭代遗传算法，利用离散化与迭代的化简作用以及改进遗传操作的良好寻优性能，寻找所述有限时间无源控制器的最优的分数幂以及注入阻尼值参数；/n步骤4，将最优的所述分数幂以及所述注入阻尼值参数输入到所述有限时间无源控制器，运算产生连续控制律，进而控制所述分布式电源并网逆变器的可控开关管，/n其中，步骤1包括以下子步骤：/n步骤1-1，在dq坐标系下，建立所述分布式电源并网逆变器的数学模型，/n

【技术特征摘要】
1.一种含不平衡负载微电网系统的电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，建立含不平衡负载微电网系统中的分布式电源并网逆变器的哈密顿模型；
步骤2，根据所述哈密顿模型进行有限时间无源控制器设计；
步骤3，基于改进的迭代遗传算法，利用离散化与迭代的化简作用以及改进遗传操作的良好寻优性能，寻找所述有限时间无源控制器的最优的分数幂以及注入阻尼值参数；
步骤4，将最优的所述分数幂以及所述注入阻尼值参数输入到所述有限时间无源控制器，运算产生连续控制律，进而控制所述分布式电源并网逆变器的可控开关管，
其中，步骤1包括以下子步骤：
步骤1-1，在dq坐标系下，建立所述分布式电源并网逆变器的数学模型，












ωdq是dq坐标系下的角频率，其等于所需的输出电压的频率，idq表示dq坐标系中的输出电流，endq为输出电压，iLdq为负载电流，isdq为并网电流，i1dq为线路电流，mdq是逆变器的调制参数，dq参考系中的所有变量都是通过Park变换从abc变量中得到的，参数L、C、R分别表示输出滤波器的电感、电容以及等效输出电阻，等效输出电阻模拟滤波器电感损耗和变换器损耗，
步骤1-2，将所述含不平衡负载微电网系统表示为哈密顿模型，



x是状态向量，J(x)和R(x)分别是互连和阻尼矩阵，H(x)代表了总能量存储系统，g(x)是输入矩阵，u是控制输入向量，ζ表示系统干扰，
所述含不平衡负载微电网系统中的所述分布式电源并网逆变器的所述哈密顿模型为，



n＝1,2，表示分布式电源的序号，



此时，互联和阻尼矩阵J和R不依赖于状态量，






Jn＝-JnT是反对称矩阵，Rn＝RnT≥0是对称正半定矩阵，系统中存储的总能量H(x)由存储在输出滤波器电感和电容上的总能量之和给出，在选取闭环系统能量函数时，运用有限时间控制理论，设计一种带有分数幂的李雅普诺夫函数作为能量函数：



其中，λ为分数幂，其范围为0＜λ＜1，
步骤2包括：
选择xn*为所述有限时间无源控制器设计的期望平衡点，



确保跟踪误差εn＝xn-xn*收敛于零，这一目标可以通过对跟踪误差的闭环动态设置来实现，



Jnd(ε)和Rnd(ε)分别为期望的互联与耗散矩阵，
Jnd(ε)＝Jn(ε)+Jna(ε)(10)
Rnd(ε)＝Rn(ε)+Rna(ε)(11)
Hnd(x,x*)是闭环系统的哈密顿能量函数，ε＝0时，达到稳定平衡，当xn*＝xn时，Hnd(x,x*)取最小值，则这个平衡是渐近稳定的，即



选择闭环能量函数(13)，以保证更快地实现稳定性以及误差跟踪，



其导数为



由式(14)可知，如果Rnd是一个正定矩阵，则可以保证跟踪误差收敛到零，因此，选择Rna如下



此外，Jnα的设计是实现为了电压和电流方程在d轴和q轴上的解耦，






由式(3)、(9)以及式(18)得到微分方程，



通过求解式(19)，得到系统控制律mnd和mnq的表达式为






dq电流的参考值为






依据式(20)-(23)构造所述有限时间无源控制器，其中，λ为分幂，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，王转转，李东东，赵耀，林顺富，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31