[發明專利]一種自適應指令濾波反演的虛擬同步電機控制方法

在審

• 申請號: 201910705065.9
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110365051A
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 楊成順;楊帆;張東東;黃宵寧
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明提出了一種自適應指令濾波反演的虛擬同步電機控制方法。所述方法包括如下步驟：建立三階非線性狀態空間模型；根據所述三階非線性狀態空間模型獲得控制器。本發明對理想同步電機轉子方程及轉矩部分建模，并設計自適應指令濾波反演控制器，能夠實現系統并網過程較平穩切換，減小功率波動，便于實際工程應用。

技術領域

本發明涉及分布式發電微網技術領域，具體地說是采用自適應指令濾波反演控制器，在虛擬同步電機控制中增加非線性的補償信號，提高系統穩定性的方法。

背景技術

分布式能源通過并網逆變器大規模接入電網，而基于電力電子逆變器的分布式電源往往由于慣性缺失，當系統受到擾動時，其輸出響應速度過快，各性能參數發生突變，影響電網穩定運行。虛擬同步電機(virtual synchronous generator，VSG)控制方法通過引入轉子搖擺方程，構造虛擬慣量及一次調頻指令來模擬傳統同步發電機的外特性，為電網提供電壓和頻率支撐。然而，虛擬同步電機方法是一種線性控制方法，當系統受到突發性大功率擾動時，無法保證系統的穩定性。尤其是并網過程中，當虛擬同步電機的輸出電壓與電網電壓不同步時，會有較大的沖擊電流產生。

針對以上問題，可在傳統的虛擬同步電機控制中加入非線性的補償信號，增強系統的穩定性。反步法是一種遞歸的控制方法，在處理高階非線性系統時，可以對系統進行簡化，將原系統分解得到低階子系統，然后依次選擇中間虛擬控制變量和李雅普諾夫函數。基于李雅普諾夫穩定性原理，最終完成整個系統控制律的設計。在控制器的設計過程中，采用指令濾波器來獲得中間虛擬控制量的導數，有效避免計算量膨脹問題。

反步控制器設計需要對系統精確的建模，實際應用中存在的建模誤差及外界干擾對控制器的控制效果會有很大影響，一般使用神經網絡、模糊控制等自適應方法對系統不確定部分進行估計。

發明內容

針對現有問題，本發明提出一種自適應指令濾波反演的虛擬同步電機控制方法，以解決現有技術中存在的系統建模誤差大的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種自適應指令濾波反演的虛擬同步電機控制方法，所述方法包括如下步驟：

建立三階非線性狀態空間模型；

根據所述三階非線性狀態空間模型獲得控制器。

進一步的，所述三階非線性狀態空間模型包括：

a₁＝-D/J，a₂＝-1/J，

式中，Δδ為功角與平衡點的偏差，Δω為轉速與平衡點的偏差，ΔT_e為電磁轉矩與平衡點的偏差，Δδ、Δω、ΔT_e選取為系統的三個狀態變量；J和D表示為轉子的轉動慣量和阻尼系數，a₁為與轉動慣量和阻尼系數有關的模型參數，a₂為與轉動慣量有關的模型參數；ψ_f為磁鏈；k_a為低通濾波器增益，τ_a為低通濾波器截止頻率相關的變量，c設為常數1；i為虛擬同步電機的輸出電流，u為控制器，T_ref為機械轉矩。

進一步的，所述控制器包括：

e₁＝Δδ-Δδ_ref，

e₂＝Δω-Δω^c，