CN113595116B - 一种储能换流装置mpc离散数学模型建立方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种储能换流装置MPC离散数学模型建立方法，包括：1)建立两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型；2)得到两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型建立网侧电压方程；3)建立两相静止ɑβ坐标系下瞬时有功、无功功率表达式；4)建立瞬时有功、无功功率变化率表达式；5)得到未离散化两相静止ɑβ坐标系下储能换流器有功、无功功率变化率方程；6)根据未离散化两相静止ɑβ坐标系下储能换流器有功、无功功率变化率方程，做离散化处理，得到k+1时刻储能换流器有功、无功MPC数学模型；7)将k+1时刻储能换流器有功、无功MPC数学模型转换为散数学模型矩阵形式。本发明可以提高输出有功功率、无功功率的快速和精确的功率控制能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种储能换流装置模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)离散数学模型建立方法，具体涉及一种建立储能换流器输出有功功率、无功功率 MPC数学模型的方法。
背景技术
作为我国能源变革关键技术之一的储能技术，因为其可以为电网提供调峰、调频、应急响应等多种辅助服务，近年来受到了业内的广泛关注。为了实现储能系统友好型并网，为电网提供稳定电压、频率支撑，需要开展储能换流器控制策略研究。
目前在储能换流器控制领域，大多采用双闭环控制、无差拍控制来实现储能电压、频率动态响应。但常规控制策略无法维持分布式电源高渗透率下储能换流器控制系统稳定。当储能换流器面对电压、频率频繁调节工况，开关频率较高，此时因为采样、计算、零阶保持和脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)会引起控制延时。如果控制系统不能将此延时及时抑制，会极大降低系统带宽，造成整个控制系统失稳。MPC是一种状态变量预测算法，通过控算法降低延时影响，因无需考虑开关状态数量，不影响系统的控制带宽，进而降低了运算需求，在储能换流器控制系统中得到了广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种储能换流装置MPC离散数学模型建立方法，该方法通过建立储能换流器输出有功功率、无功功率MPC数学模型，可以提高输出有功功率、无功功率的快速和精确的功率控制能力。
本发明采取如下技术方案来实现的：
一种储能换流装置MPC离散数学模型建立方法，包括以下步骤：
1)建立两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型；
2)根据步骤1)两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型得到两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型建立网侧电压方程；
3)根据步骤2)得到的两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型建立网侧电压方程，建立两相静止ɑβ坐标系下瞬时有功、无功功率表达式；
4)根据步骤3)两相静止ɑβ坐标系下瞬时有功、无功功率表达式建立瞬时有功、无功功率变化率表达式；
5)将步骤2)得到的两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型建立网侧电压方程，步骤3)得到的两相静止ɑβ坐标系下瞬时有功、无功功率表达式带入步骤4)瞬时有功、无功功率变化率表达式中，得到未离散化两相静止ɑβ坐标系下储能换流器有功、无功功率变化率方程；
6)根据步骤5)得到的未离散化两相静止ɑβ坐标系下储能换流器有功、无功功率变化率方程，做离散化处理，得到k+1时刻储能换流器有功、无功MPC 数学模型；
7)根据离散数学模型标准形式，将步骤6)得到的k+1时刻储能换流器有功、无功MPC数学模型转换为散数学模型矩阵形式。
本发明进一步的改进在于，步骤1)建立两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型：其中：iα、iβ、Uα、Uβ、eα、eβ为两相静止ɑβ坐标系下储能换流器输出电流、电压，网侧电压；Rf、Lf、Cf构成LC滤波电路。
本发明进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法为：根据步骤1)两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型得到两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型建立网侧电压方程：其中：E为网侧电压幅值；ω为电网角频率，两相静止ɑβ坐标系下网侧电压变化率为：/>
本发明进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：根据步骤2)得到的两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型建立网侧电压方程，建立两相静止ɑβ坐标系下瞬时有功、无功功率表达式：
本发明进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：根据步骤3)两相静止ɑβ坐标系下瞬时有功、无功功率表达式建立瞬时有功、无功功率变化率表达式：
本发明进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：将步骤2)得到的两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型建立网侧电压方程，步骤3)得到的两相静止ɑβ坐标系下瞬时有功、无功功率表达式带入步骤4)瞬时有功、无功功率变化率表达式中，得到未离散化两相静止ɑβ坐标系下储能换流器有功、无功功率变化率方程：
本发明进一步的改进在于，步骤6)的具体实现方法为：根据步骤5)得到的未离散化两相静止ɑβ坐标系下储能换流器有功、无功功率变化率方程，做离散化处理，得到k+1时刻储能换流器有功、无功MPC数学模型：
其中：Ts为采样控制周期。
本发明进一步的改进在于，步骤7)的具体实现方法为：根据离散数学模型标准形式：x(k+1)＝Gx(k)+Hu(k)，其中：G、H为系数矩阵，将步骤6)得到的 k+1时刻储能换流器有功、无功MPC数学模型转换为散数学模型矩阵形式：
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
1.本发明提出的建立储能换流器输出有功功率、无功功率MPC数学模型的方法，可以提高输出有功功率、无功功率的快速和精确的功率控制能力。
2.本发明建立的储能换流器输出有功功率、无功功率MPC离散数学模型，对应两相静止ɑβ坐标系，模型简单、高效。
附图说明
图1为储能换流器电路拓扑图。
具体实施方式
下面通过附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，Udc为储能直流侧母线电压；Uabc、iabc为储能换流器输出交流三相电压、电流；eabc为网侧三相电压；Rf、Lf、Cf构成LC滤波电路；Lg、Rg为等效负载。考虑网侧电动势为三相平衡正弦特性，则在两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型为：
式(1)中：iα、iβ、Uα、Uβ、eα、eβ为两相静止ɑβ坐标系下储能换流器输出电流、电压，网侧电压。理想情况下网侧电压可表示为：
式(2)中：E为网侧电压幅值；ω为电网角频率。两相静止ɑβ坐标系下网侧电压变化率为：
根据瞬时功率理论可以得到两相静止ɑβ坐标系下瞬时有功、无功功率表达式为：
瞬时有功、无功功率变化率表达式为：
将式(2)、式(3)代入式(5)中，可以得到：
为了得到储能换流器功率MPC数学模型，将式(6)做离散化处理，可以得到k+1时刻储能换流器有功、无功MPC数学模型为：
式(7)中：Ts为采样控制周期。离散数学模型标准形式为：
x(k+1)＝Gx(k)+Hu(k) (8)
式(8)中：G、H为系数矩阵。将式(7)转换为如式(8)所示离散数学模型矩阵形式：
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种储能换流装置MPC离散数学模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型；
2)根据步骤1)两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型得到两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型建立网侧电压方程；
3)根据步骤2)得到的两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型建立网侧电压方程，建立两相静止ɑβ坐标系下瞬时有功、无功功率表达式；
4)根据步骤3)两相静止ɑβ坐标系下瞬时有功、无功功率表达式建立瞬时有功、无功功率变化率表达式；
5)将步骤2)得到的两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型建立网侧电压方程，步骤3)得到的两相静止ɑβ坐标系下瞬时有功、无功功率表达式带入步骤4)瞬时有功、无功功率变化率表达式中，得到未离散化两相静止ɑβ坐标系下储能换流器有功、无功功率变化率方程；
6)根据步骤5)得到的未离散化两相静止ɑβ坐标系下储能换流器有功、无功功率变化率方程，做离散化处理，得到k+1时刻储能换流器有功、无功MPC数学模型；
7)根据离散数学模型标准形式，将步骤6)得到的k+1时刻储能换流器有功、无功MPC数学模型转换为散数学模型矩阵形式。
2.根据权利要求1所述的一种储能换流装置MPC离散数学模型建立方法，其特征在于，步骤1)建立两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型：其中：iα、iβ、Uα、Uβ、eα、eβ为两相静止ɑβ坐标系下储能换流器输出电流、电压，网侧电压；Rf、Lf、Cf构成LC滤波电路。
3.根据权利要求2所述的一种储能换流装置MPC离散数学模型建立方法，其特征在于，步骤2)的具体实现方法为：根据步骤1)两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型得到两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型建立网侧电压方程：其中：E为网侧电压幅值；ω为电网角频率，两相静止ɑβ坐标系下网侧电压变化率为：/>
4.根据权利要求3所述的一种储能换流装置MPC离散数学模型建立方法，其特征在于，步骤3)的具体实现方法为：根据步骤2)得到的两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型建立网侧电压方程，建立两相静止ɑβ坐标系下瞬时有功、无功功率表达式：
5.根据权利要求4所述的一种储能换流装置MPC离散数学模型建立方法，其特征在于，步骤4)的具体实现方法为：根据步骤3)两相静止ɑβ坐标系下瞬时有功、无功功率表达式建立瞬时有功、无功功率变化率表达式：
6.根据权利要求5所述的一种储能换流装置MPC离散数学模型建立方法，其特征在于，步骤5)的具体实现方法为：将步骤2)得到的两相静止ɑβ坐标系下储能换流器数学模型建立网侧电压方程，步骤3)得到的两相静止ɑβ坐标系下瞬时有功、无功功率表达式带入步骤4)瞬时有功、无功功率变化率表达式中，得到未离散化两相静止ɑβ坐标系下储能换流器有功、无功功率变化率方程：
7.根据权利要求6所述的一种储能换流装置MPC离散数学模型建立方法，其特征在于，步骤6)的具体实现方法为：根据步骤5)得到的未离散化两相静止ɑβ坐标系下储能换流器有功、无功功率变化率方程，做离散化处理，得到k+1时刻储能换流器有功、无功MPC数学模型：其中：Ts为采样控制周期。
8.根据权利要求7所述的一种储能换流装置MPC离散数学模型建立方法，其特征在于，步骤7)的具体实现方法为：根据离散数学模型标准形式：x(k+1)＝Gx(k)+Hu(k)，其中：G、H为系数矩阵，将步骤6)得到的k+1时刻储能换流器有功、无功MPC数学模型转换为散数学模型矩阵形式：
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