一种虚拟同步发电机的控制方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种虚拟同步发电机的控制方法及装置，所述方法用于孤岛运行状态，包括：利用跟踪微分器对虚拟同步发电机的参考角频率的给定值安排过渡过程，获得所述参考角频率的估计值；利用扩张状态观测器对虚拟同步发电机的输出角频率对应的状态变量以及内外扰动进行估计，获得状态变量的估计值以及扰动估计值，并且对所述状态变量的估计值以及所述输出角频率的实际值取差值，获得状态变量误差；利用非线性误差反馈控制律，并根据状态变量误差的非线性反馈与扰动估计值的补偿量以及参考角频率的估计值获得目标控制量；根据目标控制量进行有功频率控制。本发明专利技术是一种基于自抗扰的无频差控制方式，减少频率误差，对负荷的变化体现出很好的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟同步发电机的控制方法、装置及系统
本专利技术涉及电网控制领域，尤其是涉及一种虚拟同步发电机的控制方法、装置及系统。
技术介绍
随着电网规模的不断扩大，超大规模电力系统建设成本高、运行难度大且难以满足用户多样化供电需求等弊端日益凸现，同时，传统能源供应的日益紧张以及人们用电需求的不断提高，因此，含有分布式电源的微电网应运而生。由于分布式电源的输出大多都为直流，因此需要通过并网逆变器接入配电网，借鉴传统电力系统的运行经验，使得并网逆变器具有同步发电机的外特性，能够提高微电网的运行性能，并且方便地将一些传统电网的运行控制策略移植到微电网中，这种并网逆变器被称之为虚拟同步发电机(英文：VirtualSynchronousMachine,简称：VSM)。虚拟同步发电机具有并网和孤岛两种运行状态。在正常情况下，虚拟同步发电机和配电网并网运行，当配电网发生故障或者电能质量不满足符合要求等情况时，虚拟同步发电机能够快速、主动地断开与配电网之间的连接，过渡到孤岛运行状态。当虚拟同步发电机处于孤岛运行状态时，如何对虚拟同步发电机进行控制，从而实现对虚拟同步发电机的无频差调节，是目前研究的关键内容之一。在一种现有技术中，在下垂控制的基础上，引入比例-积分控制环节来对虚拟同步发电机进行控制，然而这种控制方式仍然存在较大的频率误差，导致控制精度较低。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种虚拟同步发电机的控制方法、装置及系统，以实现虚拟同步发电机处于孤岛运行状态时，减少频率误差，提高控制精度。为此，本专利技术解决技术问题的技术方案是：本专利技术实施例提供了一种虚拟同步发电机的控制方法，所述方法用于孤岛运行状态，包括：获取虚拟同步发电机的参考角频率的给定值；利用跟踪微分器对所述参考角频率的给定值安排过渡过程，获得所述参考角频率的估计值；利用扩张状态观测器对虚拟同步发电机的输出角频率对应的状态变量以及内外扰动进行估计，获得所述输出角频率对应的状态变量的估计值以及扰动估计值，并且对所述输出角频率对应的状态变量的估计值以及所述输出角频率的实际值取差值，获得状态变量误差；利用非线性误差反馈控制律，并根据所述状态变量误差的非线性反馈与所述扰动估计值的补偿量以及所述参考角频率的估计值获得目标控制量；根据所述目标控制量对所述虚拟同步发电机进行有功频率控制。可选的，所述参考角频率的估计值v1为:v1＝-m1×fal(e,a0,δ0)；其中，fal(e,a0,δ0)为最优控制函数，e＝v1-ωref，m1、a0和δ0为给定参数，ωref为参考角频率的给定值。可选的，所述输出角频率对应的状态变量的估计值z1为：其中，z2为所述扰动估计值，e1为所述状态变量误差，H为所述虚拟同步发电机的虚拟惯性时间常数，Δu为所述目标控制量，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd为阻尼系数，ωgrid为电网侧的角频率的实际值，β1为给定参数；所述扰动估计值z2为：z2＝-β2×fal(e1,a1,δ1)；其中，fal(e1,a1,δ1)为最优控制函数，e1为所述状态变量误差，β2、a1和δ1为给定参数；所述状态变量误差e1为：e1＝z1-ω；其中，z1为所述输出角频率对应的状态变量的估计值，ω为所述输出角频率的实际值。可选的，所述根据所述状态变量误差的非线性反馈、所述扰动估计值的补偿量以及所述参考角频率的估计值获得目标控制量，包括：根据所述状态变量误差的非线性反馈确定误差反馈控制量，对所述误差反馈控制量用所述扰动估计值的补偿量确定所述目标控制量。可选的，所述误差反馈控制量u0为：u0＝m2×fal(e2,a2,δ2)；其中，fal(e2,a2,δ2)为最优控制函数，e2＝v1-z1，v1为所述参考角频率的估计值，z1为所述输出角频率对应的状态变量的估计值，m2、a2和δ2为给定参数；所述目标控制量Δu为：Δu＝2H×(u0-z2)-[Pref-Pg-kd×(z1-ωgrid)]；其中，H为所述虚拟同步发电机的虚拟惯性时间常数，z2为所述扰动估计值，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd为阻尼系数，z1为所述输出角频率对应的状态变量的估计值，ωgrid为电网侧的角频率的实际值。本专利技术提供了一种虚拟同步发电机的控制装置，所述装置用于孤岛运行状态，包括：获取单元，用于获取虚拟同步发电机的参考角频率的给定值；跟踪微分器，用于对所述参考角频率的给定值安排过渡过程，获得所述参考角频率的估计值；扩张状态观测器，用于对虚拟同步发电机的输出角频率对应的状态变量以及内外扰动进行估计，获得所述输出角频率对应的状态变量的估计值以及扰动估计值，并且对所述输出角频率对应的状态变量的估计值以及所述输出角频率的实际值取差值，获得状态变量误差；非线性误差反馈控制律，用于根据所述状态变量误差的非线性反馈与所述扰动估计值的补偿量以及所述参考角频率的估计值获得目标控制量；控制单元，用于根据所述目标控制量对所述虚拟同步发电机进行有功频率控制。可选的，所述参考角频率的估计值v1为:v1＝-m1×fal(e,a0,δ0)；其中，fal(e,a0,δ0)为最优控制函数，e＝v1-ωref，m1、a0和δ0为给定参数，ωref为参考角频率的给定值。可选的，所述输出角频率对应的状态变量的估计值z1为：其中，z2为所述扰动估计值，e1为所述状态变量误差，H为所述虚拟同步发电机的虚拟惯性时间常数，Δu为所述目标控制量，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd为阻尼系数，ωgrid为电网侧的角频率的实际值，β1为给定参数；所述扰动估计值z2为：z2＝-β2×fal(e1,a1,δ1)；其中，fal(e1,a1,δ1)为最优控制函数，e1为所述状态变量误差，β2、a1和δ1为给定参数；所述状态变量误差e1为：e1＝z1-ω；其中，z1为所述输出角频率对应的状态变量的估计值，ω为所述输出角频率的实际值。可选的，所述非线性误差反馈控制律具体用于，根据所述状态变量误差的非线性反馈确定误差反馈控制量，对所述误差反馈控制量用所述扰动估计值的补偿量确定所述目标控制量。可选的，所述误差反馈控制量u0为：u0＝m2×fal(e2,a2,δ2)；其中，fal(e2,a2,δ2)为最优控制函数，e2＝v1-z1，v1为所述参考角频率的估计值，z1为所述输出角频率对应的状态变量的估计值，m2、a2和δ2为给定参数；所述目标控制量Δu为：Δu＝2H×(u0-z2)-[Pref-Pg-kd×(z1-ωgrid)]；其中，H为所述虚拟同步发电机的虚拟惯性时间常数，z2为所述扰动估计值，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd为阻尼系数，z1为所述输出角频率对应的状态变量的估计值，ωgrid为电网侧的角频率的实际值。通过上述技术方案可知，本专利技术实施例中，在孤岛运行状态时，利用跟踪微分器对虚拟同步发电机的所述参考角频率的给定值安排过渡过程，获得所述参考角频率的估计值；利用扩张状态观测器对虚拟同步发电机的输出角频率对应的状态变量以及内外扰动进行估计，获本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，所述方法用于孤岛运行状态，包括：获取虚拟同步发电机的参考角频率的给定值；利用跟踪微分器对所述参考角频率的给定值安排过渡过程，获得所述参考角频率的估计值；利用扩张状态观测器对虚拟同步发电机的输出角频率对应的状态变量以及内外扰动进行估计，获得所述输出角频率对应的状态变量的估计值以及扰动估计值，并且对所述输出角频率对应的状态变量的估计值以及所述输出角频率的实际值取差值，获得状态变量误差；利用非线性误差反馈控制律，并根据所述状态变量误差的非线性反馈与所述扰动估计值的补偿量以及所述参考角频率的估计值获得目标控制量；根据所述目标控制量对所述虚拟同步发电机进行有功频率控制。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，所述方法用于孤岛运行状态，包括：获取虚拟同步发电机的参考角频率的给定值；利用跟踪微分器对所述参考角频率的给定值安排过渡过程，获得所述参考角频率的估计值；利用扩张状态观测器对虚拟同步发电机的输出角频率对应的状态变量以及内外扰动进行估计，获得所述输出角频率对应的状态变量的估计值以及扰动估计值，并且对所述输出角频率对应的状态变量的估计值以及所述输出角频率的实际值取差值，获得状态变量误差；利用非线性误差反馈控制律，并根据所述状态变量误差的非线性反馈与所述扰动估计值的补偿量以及所述参考角频率的估计值获得目标控制量；根据所述目标控制量对所述虚拟同步发电机进行有功频率控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考角频率的估计值v1为:v1＝-m1×fal(e,a0,δ0)；其中，fal(e,a0,δ0)为最优控制函数，e＝v1-ωref，m1、a0和δ0为给定参数，ωref为参考角频率的给定值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出角频率对应的状态变量的估计值z1为：其中，z2为所述扰动估计值，e1为所述状态变量误差，H为所述虚拟同步发电机的虚拟惯性时间常数，Δu为所述目标控制量，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd为阻尼系数，ωgrid为电网侧的角频率的实际值，β1为给定参数；所述扰动估计值z2为：z2＝-β2×fal(e1,a1,β1)；其中，fal(e1,a1,β1)为最优控制函数，e1为所述状态变量误差，β2、a1和β1为给定参数；所述状态变量误差e1为：e1＝z1-ω；其中，z1为所述输出角频率对应的状态变量的估计值，ω为所述输出角频率的实际值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述状态变量误差的非线性反馈、所述扰动估计值的补偿量以及所述参考角频率的估计值获得目标控制量，包括：根据所述状态变量误差的非线性反馈确定误差反馈控制量，对所述误差反馈控制量用所述扰动估计值的补偿量确定所述目标控制量。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述误差反馈控制量u0为：u0＝m2×fal(e2,a2,δ2)；其中，fal(e2,a2,δ2)为最优控制函数，e2＝v1-z1，v1为所述参考角频率的估计值，z1为所述输出角频率对应的状态变量的估计值，m2、a2和δ2为给定参数；所述目标控制量Δu为：Δu＝2H×(u0-z2)-[Pref-Pg-kd×(z1-ωgrid)]；其中，H为所述虚拟同步发电机的虚拟惯性时间常数，z2为所述扰动估计值，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd为阻尼系数，z1为所述输出角频率对应的状态变量的估计值，ωgrid为电网侧的角...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐酿，盛超，翁洪杰，朱以顺，袁敞，孙闻，黄辉，陈锐，张俊峰，朱良合，罗运松，张毅超，吴晓宇，刘正富，安然然，赵艳军，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44