用于微电网中多功能并网逆变器并联的群体智能控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种仿生物体群智能的多功能逆变器群组控制方法，利用并网逆变器 与邻近逆变器通讯和有限时间一致性算法，实现对微电网并网点PCC处指定次谐波和无功 电流补偿的全分布式分层控制方法，属电气工程、分布式发电、微电网和电能质量管理的领 域。
【背景技术】
[0002] 微电网作为可再生能源并网的重要载体，一方面实现了随机性很强的新能源接入 电网，另一方面也为电网的稳定提供了支持，近年来受到了广泛关注。然而，随着微电网中 越来越多电力电子装置的应用和各种谐波、无功负荷的增加，使得微电网并网点PCC处的 电能质量越来越差。此时微电网虽然还可W为电网提供电能的支撑，但是也会给电网带来 谐波和无功的污染，另一方面，微电网内部的谐波和无功电流也会给微电网的稳定运行带 来很大的挑战。
[0003] 传统的提高电网电能质量的方法有安装调谐滤波器、无功补偿电容器等无源设 备，或者采用有源电力滤波器、静止无功发生器等有源设备。虽然可W实现电能质量的治 理，但是运些单纯为治理电能质量的设备会带来额外的投资和运行维护成本。因此，一种 集成化功能型并网逆变器受到了越来越多的关注，运种逆变器不仅可W实现可再生能源的 并网发电，同时充分利用逆变器剩余容量补偿微电网中的谐波和无功电流。运种并网逆变 器不需要额外的硬件投入，只要对原有的逆变器控制策略进行改进就可W有一机多职的功 能。
[0004] 然而运种多功能的并网逆变器仅仅利用剩余容量进行电能质量的治理，单台逆变 器的剩余容量是有限的，因此为了得到微电网电流的最佳补偿效果，需要调动多台逆变器 组成的群组参与电流质量调节。在多台逆变器同时参与电能质量调节的时候，可W采用有 互联线的集中控制，或者无互联线的下垂或者限幅控制等。集中控制有功率分配精确，逆变 器之间不会有较大输出功率偏差的优点，但是在"即插即用"、"N+1"冗余等方面有一定的缺 陷，而且集中控制器对中央控制器的要求较高，可靠性较差。相比之下，无互联线的控制策 略有"在线热插拔"等灵活的特点，但是在无互联情况下，各逆变器之间的功率分配不能达 到很准确的效果，很可能会出现有些逆变器一直工作在满载状态而其他逆变器的工作在轻 载状态。基于W上原因，需要寻找一种分布式的多逆变器群组控制策略，在避免了集中式控 制可靠性低的缺点，同时实现适合分布式电源的分层控制。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，针对微电网并网点PCC处的 指定次数谐波、无功电流，采用一种多功能逆变器群体智能控制策略，基于有限时间一致性 算法的全分布式分层控制方案进行补偿，并实现各分布式电源值G)按照自身剩余容量比 例分摊补偿容量的控制方法。本发明在不增加微电网额外电能质量治理设备的基础上，克 服了单台逆变器在补偿谐波、无功电流方面剩余容量不足的缺陷；在不采用中央控制器的 情况下，实现了多功能逆变器群组比例分摊补偿容量的功能。本发明可W降低微电网的投 资和运行维护成本，改善微电网的电能质量，采用全分布式的控制方法，具有很强的灵活 性。
[0006] 为解决技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0007] 提供一种用于微电网中多功能并网逆变器并联的群体智能控制方法，其特征在 于，微电网中的每台逆变器都通过本地控制和与邻近逆变器的通讯，实现群组对微电网并 网点PCC处指定次谐波和无功电流补偿，并且每台逆变器的补偿分量正比于各自的剩余容 量；每台逆变器的本地控制都采用分为=层的分层控制策略：一层为跟踪控制，用来实现 每台逆变器的指令无差跟踪功能；二层为补偿分量计算层，用来计算每台逆变器所需的谐 波和无功电流补偿指令，并将补偿指令传递给一层控制；=层为通讯层，通过与邻近的逆变 器进行数据通讯，利用有限时间一致性迭代算法得到通讯层中传递数据的平均值，并将其 送到二层控制；其中有一台指定逆变器值G。)，在其一层控制中单独设有对并网点PCC处指 定次谐波和无功电流进行检测的模块，能将检测到的结果经过处理后传递给=层控制；
[0008] 所述的群体智能控制方法包括W下步骤：
[0009] (1)由连接在并网点PCC处的指定逆变器值G。）对并网电流进行采样，通过其一层 控制中独有的指定次谐波和无功电流检测模块（其余逆变器没有该功能模块）分离出并网 电流中指定次谐波电流和无功电流的成分，并测得相应的谐波指标和功率因数；用电网规 定的指定次谐波的崎变率减去测得的相应次谐波崎变率，经过补偿谐波次数选择环节后， 结果通过一个限幅控制器（即大于0的部分输出结果都为0);限幅的结果经PI调节后，与 相应次数的谐波分量和无功分量相乘，即得到并网点电流中需要补偿的谐波和无功的全部 分量；指定逆变器值G。）将其检测出的全部补偿分量每隔At时间（由于采用有限时间一 致性迭代算法，可W确保在At时间内实现一致性迭代）传递给=层通讯层，利用通讯与邻 近的逆变器共享此信息；
[0010] 似各逆变器的二层补偿控制先计算各自的剩余容量，并将数据每隔At时间提 供给通讯层；
[0011] (3)各逆变器的通讯层中交换的数据含有逆变器的剩余容量和各自的补偿分量， 在每一个At的迭代开始时，除指定逆变器值G。）的初始补偿分量为自身检测到的PCC点 处全部所需补偿的分量，其余逆变器的初始补偿分量均为0 ;通过有限时间一致性算法进 行迭代，运算结果为逆变器群组剩余容量的平均值和补偿容量的平均值，然后将运两个平 均值传递给二层补偿层；
[0012] (4)二层补偿控制把各逆变器的自身的剩余容量除W接收到的群组剩余容量平 均值后，再与接收的补偿容量平均值相乘，得到最终的补偿电流指令，并传递给一层跟踪控 制；
[0013] (5)各逆变器的一层跟踪控制接收到补偿电流指令后，针对谐波、无功电流利用与 其旋转速度相对应的反坐标变换，获得abc自然坐标系下的补偿电流指令，补偿电流指令 和输出基波有功、无功电流指令一起作为电流闭环的指令值；为了保证多功能并网逆变器 的输出电流准确地跟踪其指令电流，采用多谐振频率的比例谐振控制保证其动态和静态响 应能力。
[0014] 本发明中，所述指定逆变器值G。）具有补偿谐波次数选择环节：当指定逆变器 值G。）进行谐波补偿后的剩余容量小于设定的阔值时，对进行补偿的谐波电流进行选择，首 先放弃对指标偏差绝对值最小的次数谐波的补偿，然后再比较其补偿后的剩余容量，若比 阔值小则继续进行上述的操作。
[0015] 本发明中，在通过有限时间一致性算法进行迭代时，采用图形发现算法获得全部 有连接关系的逆变器群组的数量和拉普拉斯矩阵及其特征值，并实时监测群组逆变器结构 的变化情况，更新相应的逆变器数量和拉普拉斯矩阵；然后构建一个特殊的迭代系数矩阵， 实现有限时间一致性算法的运算。
[0016] 本发明中，所述并网电流中的指定次谐波电流，是指3、5、7、11次谐波电流；所述 谐波指标，是指3、5、7、11次谐波的崎变率；所述谐波指标和功率因数是通过基波旋转角速 度和谐波相应的旋转角速度同步坐标变换和二阶低通滤波后计算得到。
[0017] 本发明的有益效果主要体现在：
[0018] 1、本发明可W充分利用微电网中现有的并网逆变器设备的剩余容量进行指定次 谐波和无功电流的治理，不需要额外的专口治理电能质量的硬件投入，降低了系统成本。
[0019] 2、所提供的逆变器群组补偿电流均分方案采用了一种有限时间一致性算法，可W 在有限的时间内，快速达到共识平均，然后获得逆变器各自补偿分量指令。逆变器只需要与 邻近的逆变器进行通讯，邻近的逆变器可W理解为物理位置相近的逆变器，在采用有线连 接时可W节约连接线成本，且不需要中央控制器或