一种基于自抗扰技术的虚拟同步发电机控制方法与流程

本发明提出一种基于自抗扰技术的虚拟同步发电机控制方法，涉及分布式发电微网控制领域

背景技术

虚拟同步发电机模仿发电机的外特性，能够进行普通的下垂控制的同时，向微网提供一定的惯性和阻尼的新型逆变控制技术，vsg拥有一般分布式能源控制即插即用的特性，即可以在孤岛与并网两种模式间切换。

由于并网期间受大电网特性的影响，整个系统的频率和电压受电网钳制，vsg并未向系统进行频率支撑；孤岛模式下，vsg需要向整个系统提供电压和频率的支撑，因此学者们一般取孤岛状况下改变负载对vsg转子惯性和频率方面的特性进行研究。

一些学者在原有的基础上，对转子方程进行改进，例如基于自适应算法，通过一定的数学方法，使惯性系数和阻尼系数可以随着负载变化而变化，进而减小频率的波动，但是这种方式使系统响应变慢，负载与系数按一定关系进行变化，精度有所欠缺；还有一些学者采用模式切换，vsg的转子方程与其他方式切换，通过两个阶段对频率进行控制，但控制较为繁琐，模式切换时会引来额外的扰动，不利于系统稳定，综上，现有技术对于频率的控制略有不足。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种对抗负载扰动的新型vsg控制方式，在负载存在波动时在不改变原有参数的情况下，尽可能的减小频率的波动，而且仍保留惯性和阻尼的特性。

为实现上述目的，本发明提出一种基于自抗扰技术的虚拟同步发电机控制方法，所述控制方法包括:主电路、转子摇摆方程、一阶自抗扰控制系统、励磁方程、电压电流环、svpwm模块、负载。

所述主电路，采用直流电源代替分布式太阳能电池阵列，6组igbt和续流二极管组成逆变器，采用lcl滤波电路，一个本地负载和扰动负载。

所述转子摇摆方程，将额定频率设为设定值，后接入所述一阶自抗扰控制系统，连接控制对象。

所述一阶自抗扰控制系统，其特征包括采取预报补偿措施的跟踪微分器td、扩张状态观测器eso、非线性误差反馈控制律nlsef和控制对象。

所述微分器不包括采取预报补偿措施的微分器，设定值接入td的输入端，得出设定值的过度过程，将一阶自抗扰系统的输出信号送入所述eso进行分析，得出输出信号的估计值z1和总扰动z2，td输出端与z1做差得出信号e1，将信号e1送入所述nlsef进行非线性组合，得出未补偿的控制信号，再与z2和常系数b0乘积做差，得出控制信号送至控制对象，所述控制对象，采用p-f下垂控制得出系统频率。

所述励磁方程，采用q-u下垂控制，得出励磁电压。

所述电流电压环，在系统中取电容电压和电感电流，对电容电压和电流电感进行dq解耦分解，dq0解耦选取以d轴为1，q轴为0的标准；所述励磁电压为d轴设定值，取常数0为q轴设定值，后与分解完的电容电压做差进入pid控制器，形成所述电压环，得出电流环的设定值，后与分解完的电感电流做差进pid控制器得出电压值，再与分解完的电容电压相加，结合线路阻抗生成新的三相电压，送入svpwm。

所述svpwm模块，把电流电压环生成的三相电压送入svpwm得出脉冲调制，最后送入逆变器。

所述本地负载，采用有功负载。

本发明提供关于负载扰动对vsg频率的影响的方案，所述方案包括：vsg运行孤岛模式，负载采用一个有功本地负载和一个扰动负载；在运行一段时间后，接入一个扰动负载，分析转子输出的频率波动，与传统的vsg进行对比，体现本发明在频率波动方面的优势。

附图说明

为了清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提出的一种基于自抗扰技术的虚拟同步发电机控制方法的结构图；

图2为本发明实施例转子摇摆方程结构图；

图3为本发明实施例adrc结构图；

图4为本发明实施例励磁方程结构图；

图5为本发明实施例扰动频率曲线与传统vsg频率曲线对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。

本发明的目的是提出一种基于自抗扰技术的虚拟同步发电机控制方法，在负载存在波动时，在不改变原有参数的情况下，尽可能的减小频率的波动，而且仍保留惯性和阻尼的特性，

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明实施例提出的一种基于自抗扰技术的虚拟同步发电机控制方法的结构图，udc为代替分布式太阳能电池阵列的直流电源、6组igbt和续流二极管组成逆变器、l1为第一滤波电感、r1为滤波电感伴随电阻、c为滤波电容、l2为第二滤波电感、有功1w本地负载和有功5w扰动负载。

图2为本发明实施例转子摇摆方程结构图，将电网额定频率fs设为设定值，后接入所述一阶自抗扰控制系统，连接控制对象，改进转子摇摆方程：

式中，为adrc输出控制量、pe为系统有功功率测量值、j为惯性系数、dp为阻尼系数、为系统频率、为额定频率，图中对应系数取值，k1=1/200π²、k2=1/j、k3=2π。

图3为本发明实施例adrc结构图，所述自抗扰控制系统，其特征包括采取预报补偿措施的跟踪微分器td、扩张状态观测器eso、非线性误差反馈控制律nlsef和控制对象，控制对象为改进转子摇摆方程，其设计计算公式：

式中，fhan为最速控制综合函数、为经过度过程所得量、为设定值、r0是速度因子、h是积分步长、z1为对于控制对象输出量的估计值、z2为对于控制对象输出量的总扰动、e1为控制对象输出量的估计值与实际值的差、和为一组待调参数、为未补偿控制量、是自抗扰控制最终输出的控制量、r为反馈参数、b0常参数、y为控制对象输出量，其中各参数取如下值：

图中，k4=、k5=b0。

图4为本发明实施例励磁方程结构图，励磁方程：

qset为无功设定值、qe为系统无功功率测量值、dq为无功电压下垂系数、u0为输出电压有效值、un为额定电压有效值、k为增益系数、e为励磁电压。

图5为本发明实施例扰动频率曲线与传统vsg频率曲线对比图，在simulink平台下搭建具体模型，整个仿真时长取1秒，为体现本发明的抗扰动良好性能，在0.3秒至0.35秒内投入6w扰动负载，观察传统vsg和本发明的频率波动；红线表示传统vsg频率波动曲线，可见频率波动最低时达到44,7hz，频率波动较大；蓝线表示本发明adrcvsg频率波动曲线，可见频率波动最低时达到49.4hz，频率波动甚小，本发明在抗频率波动方面优势显而易见。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方案进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为本发明的限制。