一种基于虚拟同步发电机的解耦控制方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种基于虚拟同步发电机的解耦控制方法及装置。一种基于虚拟同步发电机的解耦控制方法包括：建立虚拟同步发电机的LC滤波器方程；将所述LC滤波器方程的坐标系转换成dq坐标系，得到所述LC滤波器方程在dq坐标系中的表达式；根据所述滤波器方程在dq坐标系中的表达式，分别获取电流的d轴分量和电流的q轴分量以及电压的d轴分量和电压的q轴分量；分别对所述电流的d轴分量和电流的q轴分量以及电压的d轴分量和电压的q轴分量进行自抗扰解耦控制。本发明实施例提供的技术方案实现了真正意义上的电压电流dq解耦控制，微电网系统鲁棒性及适应性更为良好。
【专利说明】
一种基于虚拟同步发电机的解耦控制方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及电气控制领域，尤其涉及一种基于虚拟同步发电机的解耦控制方法及 装置。
【背景技术】
[0002] 随着全球范围内的能源问题日益突出和环境压力不断增大，人们的焦点从传统发 电技术领域转移到了新能源领域、分布式发电技术、微电网技术上，分布式电源在电力系统 中的渗透率不断提升。分布式发电的输出大多为直流电，需要通过并网逆变器接入配电网。 常规的分布式并网发电控制较多采用电力电子并网逆变器模式，该模式响应速度非常快， 转动惯量微乎其微，无法参与电网调节，不能保证电网稳定。
[0003] 为了解决分布式发电系统的稳定性问题，人们提出虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator)控制技术。用电压源形式的并网逆变装置控制虚拟同步发电机， 组成电压源型且具备虚拟同步机特性的并网逆变器，实现了分布式电源并离网无缝切换这 一功能。
[0004] 在利用电压源形式的逆变装置实现虚拟同步发电机并离网无缝切换时，需实现微 电网电压电流dq解耦。采用传统的PI控制算法可以实现对电压电流的dq解耦，但在传统的 PI控制器中电阻参数和滤波电感会存在摄动，从而与控制器设定的参数之间存在差异，且 前反馈本身就是一种削弱耦合的补偿控制，无法实现真正意义上的解耦，效果不太理想。
【发明内容】
[0005] 基于上述现有技术中的缺陷和不足，本发明提出一种基于虚拟同步发电机的自抗 扰解耦控制方法及装置，更好地实现对电压电流的dq解耦控制。
[0006] 本发明提供一种基于虚拟同步发电机的解耦控制方法，包括：
[0007] 建立虚拟同步发电机的LC滤波器方程；
[0008] 将所述LC滤波器方程的坐标系转换成dq坐标系，得到所述LC滤波器方程在dq坐标 系中的表达式；
[0009] 根据所述滤波器方程在dq坐标系中的表达式，分别获取电流的d轴分量和电流的q 轴分量以及电压的d轴分量和电压的q轴分量；
[0010] 分别对所述电流的d轴分量和电流的q轴分量以及电压的d轴分量和电压的q轴分 量进行自抗扰解耦控制。
[0011] 进一步地，所述建立虚拟同步发电机的LC滤波器方程，包括：
[0012] 根据电压源型并网逆变器拓扑结构图，结合虚拟同步发电机的电压电流基本关 系，建立虚拟同步发电机的LC滤波器方程为： t'
[0013] r
[0014]
[0015] 式中，R、L、C分别是虚拟同步机的阻抗、滤波电感、滤波电容；ia、ib、ic分别是滤波 电感的三相电流；icm、iob、i。。分别是流向公共母线的三相电流;u a、ub、Uc分别是三相滤波电 容的输出电压;ea、eb、e c为逆变器输出电压。
[0016] 进一步地，所述将LC滤波器方程的坐标系转换成dq坐标系，得到所述LC滤波器方 程在dq坐标系中的表达式，包括：
[0017]通过坐标变换，将三相对称静止坐标系转换成以电网基波频率同步旋转的dq坐标 系，得到滤波器方程在dq坐标系中的表达式为：
[0018]
[0019]
[0020]式中，ed，eq为逆变侧三相交流电压在d轴和q轴的分量；id，iq为逆变侧三相交流电 流的d轴分量和q轴分量;Ud，Uq为同步发电机的机端电压的d轴分量和q轴分量。
[0021 ]进一步地，所述根据滤波器方程在dq坐标系中的表达式，分别获取电流的d轴分量 和电流的q轴分量以及电压的d轴分量和电压的q轴分量，包括：
[0022] 取状态变量为? = id，X2 = i q，X3 = Ud，X4 = Uq，将状态变量代入滤波器方程在dq坐标 系中的表达式，分别得到电流在d轴、q轴的状态方程，电压在d轴、q轴的状态方程：
[0023]
[0024]
[0025]
[0026] 进一步地，所述分别对电流的d轴分量和电流的q轴分量以及电压的d轴分量和电 压的q轴分量进行自抗扰解耦控制，包括：
[0027] 根据设定的电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的d轴分量和电压的q轴分量对 应的状态变量的目标值分别安排过渡过程，得到光滑的输出信号，并提取输出信号的微分 信号；
[0028] 对电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的d轴分量和电压的q轴分量对应的状态 变量以及内外扰动进行估计，得到电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的d轴分量和电压 的q轴分量对应的状态变量的估计值以及扰动估计值；
[0029 ]分别对所述输出信号与所述电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的d轴分量和电 压的q轴分量对应的状态变量的估计值取差值，得到状态变量误差；
[0030] 利用所述状态变量误差对应的非线性反馈和所述扰动估计值对应的补偿量一起 组成控制量；
[0031] 按照控制量分别对电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的d轴分量和电压的q轴 分量对应的状态变量进行自抗扰解耦控制。
[0032] 本发明提供一种基于虚拟同步发电机的解耦控制装置，包括：
[0033] 方程建立单元，用于建立虚拟同步发电机的LC滤波器方程；
[0034] 坐标转换单元，用于将所述LC滤波器方程的坐标系转换成dq坐标系，得到所述LC 滤波器方程在dq坐标系中的表达式；
[0035] 分量获取单元，用于根据所述滤波器方程在dq坐标系中的表达式，分别获取电流 的d轴分量和电流的q轴分量以及电压的d轴分量和电压的q轴分量；
[0036]自抗扰解耦控制单元，用于分别对所述电流的d轴分量和电流的q轴分量以及电压 的d轴分量和电压的q轴分量进行自抗扰解耦控制。
[0037] 进一步地，所述方程建立单元，具体用于：
[0038] 根据电压源型并网逆变器拓扑结构图，结合虚拟同步发电机的电压电流基本关 系，建立虚拟同步发电机的LC滤波器方程为：
[0039]
[0040]
[00411式中，R、L、C分别是虚拟同步机的阻抗、滤波电感、滤波电容；ia、ib、i c分别是滤波 电感的三相电流；icm、iob、i。。分别是流向公共母线的三相电流;ua、ub、U c分别是三相滤波电 容的输出电压;ea、eb、ec为逆变器输出电压。
[0042]进一步地，所述坐标转换单元，具体用于：
[0043]通过坐标变换，将三相对称静止坐标系转换成以电网基波频率同步旋转的dq坐标 系，得到滤波器方程在dq坐标系中的表达式为：
[0044]
[0045]
[0046]式中，ed，eq为逆变侧三相交流电压在d轴和q轴的分量;id，iq为逆变侧三相交流电 流的d轴分量和q轴分量;Ud，Uq为同步发电机的机端电压的d轴分量和q轴分量。
[0047I进一步地，所述分量获取单元，包括：
[0048] 状态变量取值单元，用于取状态变量为Xl = id，X2 = iq，X3 = Ud，X4 = Uq ;
[0049] 代入计算单元，用于将状态变量代入滤波器方程在dq坐标系中的表达式，分别得 到电流在d轴、q轴的状态方程，电压在d轴、q轴的状态方程：
[0050]
[0051]
[0052]
[0053] 进一步地，所述自抗扰解親控制单元，包括：
[0054] 非线性跟踪微分器，用于根据设定的电流的d轴分量和电流的q轴分量以及电压的 d轴分量和电压的q轴分量对应的状态变量的目标值分别安排过渡过程，得到光滑的输出信 号，并提取输出信号的微分信号；
[0055] 扩张状态观测器，用于对电流的d轴分量和电流的q轴分量以及电压的d轴分量和 电压的q轴分量对应的状态变量以及内外扰动进行估计，得到电流的d轴分量和电流的q轴 分量以及电压的d轴分量和电压的q轴分量对应的状态变量的估计值以及扰动估计值；
[0056] 取差值单元，用于分别对所述输出信号与所述电流的d轴分量和电流的q轴分量以 及电压的d轴分量和电压的q轴分量对应的状态变量的估计值取差值，得到状态变量误差；
[0057] 非线性误差反馈控制律，用于利用状态变量误差的非线性反馈与扩张状态观测器 得到的扰动估计值的补偿量一起组成控制量；
[0058]解耦控制单元，用于按照上述控制量分别对电流的d轴分量和电流的q轴分量以及 电压的d轴分量和电压的q轴分量对应的状态变量进行自抗扰解耦控制。
[0059] 本发明采用上述方法及装置，所取得的有益效果在于:本发明构建了同步发电机 dq等效模型，在实现同步发电机与电压源型变流器在同一dq坐标系下的模型融合的同时， 分别获取电流与电压在d轴和q轴的分量，对各分量分别利用自抗扰解耦控制技术进行自抗 扰解耦控制。自抗扰解耦控制技术性能良好，控制简单，精度高，具有强鲁棒性和可实现性。 本发明利用自抗扰解耦控制技术，在真正意义上实现了具有虚拟同步发电机特性的电压源 型变流器的电压电流dq解耦控制，系统鲁棒性及适应性更为良好。
【附图说明】
[0060] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0061] 图1是本发明实施例提供的一种基于虚拟同步发电机的解耦控制方法的流程示意 图；
[0062] 图2是电压源型并网逆变器拓扑结构图；
[0063] 图3是本发明实施例提供的一种基于虚拟同步发电机的解耦控制装置的示意图； [0064]图4是自抗扰控制基本结构图；
[0065] 图5是具有自抗扰解耦控制功能的虚拟同步发电机系统框图。
【具体实施方式】
[0066] 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，都属于本发明保护的范围。
[0067] 本发明实施例提供一种基于虚拟同步发电机的解耦控制方法，参见图1，该方法包 括：
[0068] S101、建立虚拟同步发电机的LC滤波器方程；
[0069] S102、将所述LC滤波器方程的坐标系转换成dq坐标系，得到所述LC滤波器方程在 dq坐标系中的表达式；
[0070] 所述LC滤波器方程的数学模型物理意义清晰、直观，但在这种数学模型中，交流侧 均为时变交流量，不利于控制系统设计。为此，可以通过坐标变换将所述LC滤波器方程的坐 标转换成以电网基波频率同步旋转的dq坐标系。这样经坐标旋转变换后，所述LC滤波器方 程坐标系中的基波正弦变化量将转化成同步旋转坐标系中的直流变量，从而简化了控制系 统设计。
[0071] S103、根据所述滤波器方程在dq坐标系中的表达式，分别获取电流的d轴分量和电 流的q轴分量以及电压的d轴分量和电压的q轴分量；
[0072] 本发明的目的是实现电压和电流的dq解耦控制，因此，获取电流和电压的d轴和q 轴分量是实现后续控制的基础。
[0073] S104、分别对所述电流的d轴分量和电流的q轴分量以及电压的d轴分量和电压的q 轴分量进行自抗扰解耦控制。
[0074] 本发明使用自抗扰解耦控制技术对所述各分量进行解耦控制，这一步是实现电压 和电流的dq解耦控制的关键步骤。自抗扰解耦控制技术性能良好、控制简单、精度高、具有 强鲁棒性和可实现性，本发明在这一步骤利用自抗扰解耦控制技术，使得本发明鲁棒性及 适应性更为良好。
[0075] 本发明从建立虚拟同步发电机的LC滤波器方程入手，通过坐标转换得到虚拟同步 发电机的dq等效模型，进一步分别获取电流与电压在d轴和q轴的分量，对各分量利用自抗 扰解耦技术进行自抗扰解耦控制。自抗扰解耦控制技术本身具有性能良好、控制简单、精度 高等优点，本发明将自抗扰解耦控制技术应用于对电压电流dq解耦控制中，实现了真正意 义上的电压电流dq解耦，系统鲁棒性及适应性更为良好。
[0076] 可选的，在本发明的另一个实施例中，所述建立虚拟同步发电机的LC滤波器方程， 包括：
[0077] 参见图2所示电压源型并网逆变器拓扑结构图，结合虚拟同步发电机的电压电流 基本关系，建立虚拟同步发电机的LC滤波器方程为：
[0078]
[0079]
[0080]式中，R、L、C分别是虚拟同步机的阻抗、滤波电感、滤波电容；ia、ib、i c分别是滤波 电感的三相电流；icm、iob、i。。分别是流向公共母线的三相电流;ua、ub、U c分别是三相滤波电 容的输出电压;ea、eb、ec为逆变器输出电压。
[0081]可选的，在本发明的另一个实施例中，所述将LC滤波器方程的坐标系转换成dq坐 标系，得到所述LC滤波器方程在dq坐标系中的表达式，包括：
[0082]通过坐标变换，将所述LC滤波器方程所处的三相对称静止坐标系转换成以电网基 波频率同步旋转的dq坐标系，得到滤波器方程在dq坐标系中的表达式为：
[0083]
[0084]
[0085]式中，ed，eq为逆变侧三相交流电压在d轴和q轴的分量;id，iq为逆变侧三相交流电 流的d轴分量和q轴分量;Ud，Uq为同步发电机的机端电压的d轴分量和q轴分量。
[0086]可选的，在本发明的另一个实施例中，所述根据滤波器方程在dq坐标系中的表达 式，分别获取电流的d轴分量和电流的q轴分量以及电压的d轴分量和电压的q轴分量，包括：
[0087 ] 取状态变量为? = id，X2 = i q，X3 = Ud，X4 = Uq，将状态变量代入滤波器方程在dq坐标 系中的表达式，分别得到电流在d轴、q轴的状态方程，电压在d轴、q轴的状态方程：
[0088] 1234567 2 3 可选的，在本发明的另一个实施例中，所述分别对电流的d轴分量和电流的q轴分 量以及电压的d轴分量和电压的q轴分量进行自抗扰解親控制，包括： 4
[0092 ] 1)根据设定的电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的d轴分量和电压的q轴分量 对应的状态变量的目标值分别安排过渡过程，得到光滑的输出信号，并提取输出信号的微 分信号； 5 这一步骤根据需要安排给定输入的过渡过程，实现了对输入信号快速无超调跟 踪，减小了系统的初始误差，解决了系统响应快速性和超调性之间的矛盾。 6 2)对电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的d轴分量和电压的q轴分量对应的状 态变量以及内外扰动进行估计，得到电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的d轴分量和电 压的q轴分量对应的状态变量的估计值以及扰动估计值； 7 这一步骤在对被控变量进行估计的同时，把影响被控输出的扰动量和不确定量扩 张成新的状态变量，将含未知干扰的非线性不确定性对象化为积分串联型对象，以便后续 对其进行控制。
[0096] 3)分别对所述输出信号与所述电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的d轴分量和 电压的q轴分量对应的状态变量的估计值取差值，得到状态变量误差；
[0097] 这一步骤得到的状态变量误差，是后续获取得到最终控制量的先决条件。
[0098] 4)利用所述状态变量误差对应的非线性反馈和所述扰动估计值对应的补偿量一 起组成控制量；
[0099] 所述控制量由所述状态变量误差对应的非线性反馈和所述扰动估计值对应的补 偿量叠加构成。
[0100] 5)按照控制量分别对电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的d轴分量和电压的q 轴分量对应的状态变量进行自抗扰解耦控制。
[0101] 本发明实施例提供了一种基于虚拟同步发电机的解耦控制装置，参见图3,该装置 包括:方程建立单元201、坐标转换单元202、分量获取单元203、自抗扰解耦控制单元204。
[0102] 其中，方程建立单元201，用于建立虚拟同步发电机的LC滤波器方程；
[0103] 坐标转换单元202,用于将所述LC滤波器方程的坐标系转换成dq坐标系，得到所述 LC滤波器方程在dq坐标系中的表达式；
[0104]所述方程建立单元201建立的LC滤波器方程的数学模型物理意义清晰、直观，但在 这种数学模型中，交流侧均为时变交流量，不利于控制系统设计。为此，坐标变换单元通过 坐标变换将所述LC滤波器方程的坐标转换成以电网基波频率同步旋转的dq坐标系。这样经 坐标旋转变换后，所述LC滤波器方程坐标系中的基波正弦变化量将转化成同步旋转坐标系 中的直流变量，从而简化了控制系统设计。
[0105] 分量获取单元203,用于根据所述滤波器方程在dq坐标系中的表达式，分别获取电 流的d轴分量和电流的q轴分量以及电压的d轴分量和电压的q轴分量；
[0106] 本发明的目的是实现电压和电流的dq解耦控制，因此，分量获取单元203获取电流 和电压的d轴和q轴分量是实现后续控制的基础。
[0107] 自抗扰解耦控制单元204,用于分别对所述电流的d轴分量和电流的q轴分量以及 电压的d轴分量和电压的q轴分量进行自抗扰解耦控制。
[0108] 自抗扰解耦控制单元204使用自抗扰解耦控制技术对所述各分量进行解耦控制， 这一步是实现电压和电流的dq解耦控制的关键步骤。自抗扰解耦控制技术性能良好、控制 简单、精度高、具有强鲁棒性和可实现性，本发明在这一步骤利用自抗扰解耦控制技术，使 得本发明鲁棒性及适应性更为良好。
[0109] 本发明所述装置在工作过程中，首先由方程建立单元201建立虚拟同步发电机的 LC滤波器方程，然后坐标转换单元202将该方程坐标系转换为dq坐标系，得到虚拟同步发电 机的dq等效模型，进而由分量获取单元203从所述dq等效模型中获取电压与电流在d轴和q 轴的分量，最后自抗扰解耦控制单元204对各分量进行自抗扰解耦控制。所述装置在工作过 程中，坐标转换单元202对坐标进行转换，简化了控制系统设计。自抗扰控制技术本身具有 性能良好、控制简单、精度高等优点，自抗扰解耦控制单元204利用自抗扰解耦控制技术对 电压和电流的d轴分量和q轴分量分别进行解耦控制，实现了真正意义上的电压电流dq解 耦，系统鲁棒性及适应性更为良好。
[0110]可选的，在本发明的另一个实施例中，所述方程建立单元201，具体用于：
[0111]根据电压源型并网逆变器拓扑结构图，结合虚拟同步发电机的电压电流基本关 系，建立虚拟同步发电机的LC滤波器方程为：
[0112]
[0113]
[0114]式中，R、L、C分别是虚拟同步机的阻抗、滤波电感、滤波电容；ia、ib、i c分别是滤波 电感的三相电流；icm、iob、i。。分别是流向公共母线的三相电流;ua、ub、U c分别是三相滤波电 容的输出电压;ea、eb、ec为逆变器输出电压。
[0115]可选的，在本发明的另一个实施例中，所述坐标转换单元202，具体用于：
[0116]通过坐标变换，将三相对称静止坐标系转换成以电网基波频率同步旋转的dq坐标 系，得到滤波器方程在dq坐标系中的表达式为：
[0117]
[0118]
[0119]式中，ed，eq为逆变侧三相交流电压在d轴和q轴的分量;id，iq为逆变侧三相交流电 流的d轴分量和q轴分量;Ud，Uq为同步发电机的机端电压的d轴分量和q轴分量。
[0120]可选的，在本发明的另一个实施例中，所述分量获取单元203，包括：
[01 21 ] 状态变量取值单元，用于取状态变量为Xl = id，X2 = iq，X3 = Ud，X4 = Uq ;
[0122] 代入计算单元，用于将状态变量代入滤波器方程在dq坐标系中的表达式，分别得 到电流在d轴、q轴的状态方程，电压在d轴、q轴的状态方程：
[0123]
[0124]
[0125]
[0126] 可选的，在本发明的另一个实施例中，参见图4所示，所述自抗扰解耦控制单元 204,包括：
[0127] 非线性跟踪微分器(TD)，用于根据设定的电流的d轴分量和电流的q轴分量以及电 压的d轴分量和电压的q轴分量对应的状态变量的目标值V分别安排过渡过程，得到光滑的 输出信号Vi，并提取输出信号的微分信号；
[0128]
[0129]其中，fal为最优综合控制函数;X为输入信号;Vi为X的跟踪信号;λ为跟踪速度因 子。
[0130]非线性微分跟踪器根据需要安排过渡过程，实现对输入信号快速无超调跟踪，减 小了系统的初始误差，解决了系统响应快速性和超调性之间的矛盾。
[0131] 扩张状态观测器(ESO)，用于对电流的d轴分量和电流的q轴分量以及电压的d轴分 量和电压的q轴分量对应的状态变量以及内外扰动进行估计，得到电流的d轴分量和电流的 q轴分量以及电压的d轴分量和电压的q轴分量对应的状态变量的估计值以及扰动估计值；
[0132] 以电流d轴或q轴分量为例:扩张状态观测器以系统输入和输出得到电流d轴或q轴 状态变量的估计=:，并把影响被控输出的扰动量和不确定量扩张成新的状态变量Z 2。
[0133]
[0134] ει = Ζι~χ
[0135] 其中，ZAx的跟踪信号;Z2是对总扰动的估计;』2为输出误差校正增益;fal为 最优综合控制函数J 1为滤波因子。
[0136] 取差值单元，用于分别对所述输出信号与所述电流的d轴分量和电流的q轴分量以 及电压的d轴分量和电压的q轴分量对应的状态变量的估计值取差值，得到状态变量误差；
[0137] 状态变量误差E1 = Vi-Zu
[0138] 非线性误差反馈控制律(NLSEF)，用于利用状态变量误差的非线性反馈与扩张状 态观测器得到的扰动估计值的补偿量一起组成控制量；
[0139] 非线性误差反馈控制律(NLSEF)根据误差￡1来决定控制纯积分器串联型对象控制 律UQ，对误差反馈控制量UQ用扰动估计值Z2的补偿来决定最终的控制量:U = UQ-Z2/b〇，这里， 参数b〇是决定补偿强弱的"补偿因子"，作为可调参数来用。
[0140]
[0141] 其中，fal为最优综合控制函数J1为滤波因子。
[0142] 解耦控制单元，用于按照上述控制量分别对电流的d轴分量和电流的q轴分量以及 电压的d轴分量和电压的q轴分量对应的状态变量进行自抗扰解耦控制。
[0143] 将自抗扰解耦控制技术应用于虚拟同步发电机，得到如图5具有自抗扰解耦控制 功能的虚拟同步发电机系统框图所示的虚拟同步发电机系统。
[0144] 在该系统中，虚拟同步机的功率部分，即整体结构中的并网逆变器部分是整个系 统的主体，分布式电源并网通过并网逆变器来实现。在功率部分的电路中，Ud是等效直流电 压源，即逆变系统的储能部分所提供的直流电压；Ii~I 6是桥式逆变器中的六个IGBT开关； R、L、C分别是虚拟同步机的阻抗、滤波电感、滤波电容；ia、ib、ic分别是滤波电感的三相电 流；i 〇a、i〇b、1。。分别是流向公共母线的三相电流；U0a、U0b、U。。分别是三相滤波电容的输出电 压，即虚拟同步机的输出电压，也是公共电网三相电压。
[0145] 在系统工作过程中，中央控制器给出的功率的参考值Pref、Qref与电压的参考值Eref 经过VSG控制(包括有功-频率控制、无功-电压控制)得到三相电压eabc，三相电Seabc经过dq 变换后引入虚拟阻抗，通过自抗扰解耦控制技术实现电压电流dq解耦，最后，电压经过dq反 变换后经PWM发生器来控制三相桥臂的开通与关断。
[0146] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种基于虚拟同步发电机的解禪控制方法，其特征在于，包括： 建立虚拟同步发电机的LC滤波器方程； 将所述LC滤波器方程的坐标系转换成dq坐标系，得到所述LC滤波器方程在dq坐标系中 的表达式； 根据所述滤波器方程在dq坐标系中的表达式，分别获取电流的d轴分量和电流的q轴分 量W及电压的d轴分量和电压的q轴分量； 分别对所述电流的d轴分量和电流的q轴分量W及电压的d轴分量和电压的q轴分量进 行自抗扰解禪控制。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立虚拟同步发电机的LC滤波器方 程，包括： 根据电压源型并网逆变器拓扑结构图，结合虚拟同步发电机的电压电流基本关系，建 立虚拟同步发电机的LC滤波器方程为：式中，R、L、C分别是虚拟同步机的阻抗、滤波电感、滤波电容；ia、ib、ic分别是滤波电感 的；相电流；i 03、iob、i OC分别是流向公共母线的；相电流;Ua、叫、Uc分别是S相滤波电容的 输出电压;ea、eb、Gc为逆变器输出电压。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述LC滤波器方程的坐标系转换成 dq坐标系，得到所述LC滤波器方程在dq坐标系中的表达式，包括： 通过坐标变换，将S相对称静止坐标系转换成W电网基波频率同步旋转的dq坐标系， 得到滤波器方程在dq坐标系中的表达式为：式中，ed，eq为逆变侧立相交流电压在d轴和q轴的分量;id，iq为逆变侧；相交流电流的d 轴分量和q轴分量;Ud，Uq为同步发电机的机端电压的d轴分量和q轴分量。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述滤波器方程在dq坐标系中的 表达式，分别获取电流的d轴分量和电流的q轴分量W及电压的d轴分量和电压的q轴分量， 包括： 取状态变量为Xl = id，X2 = iq，X3 = Ud，X4 = Uq，将状态变量代入滤波器方程在dq坐标系中 的表达式，分别得到电流在d轴、q轴的状态方程，电压在d轴、q轴的状态方程： 式中 5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别对所述电流的d轴分量和电流的q 轴分量W及电压的d轴分量和电压的q轴分量进行自抗扰解禪控制，包括： 根据设定的电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的d轴分量和电压的q轴分量对应的 状态变量的目标值分别安排过渡过程，得到光滑的输出信号，并提取输出信号的微分信号； 对电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的d轴分量和电压的q轴分量对应的状态变量 W及内外扰动进行估计，得到电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的d轴分量和电压的q轴 分量对应的状态变量的估计值W及扰动估计值； 分别对所述输出信号与所述电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的巧由分量和电压的 q轴分量对应的状态变量的估计值取差值，得到状态变量误差； 利用所述状态变量误差对应的非线性反馈和所述扰动估计值对应的补偿量一起组成 控制量； 按照控制量分别对电流的d轴分量、电流的q轴分量、电压的d轴分量和电压的q轴分量 对应的状态变量进行自抗扰解禪控制。 6 .-种基于虚拟同步发电机的解禪控制装置，其特征在于，包括： 方程建立单元，用于建立虚拟同步发电机的LC滤波器方程； 坐标转换单元，用于将所述LC滤波器方程的坐标系转换成dq坐标系，得到所述LC滤波 器方程在dq坐标系中的表达式； 分量获取单元，用于根据所述滤波器方程在dq坐标系中的表达式，分别获取电流的d轴 分量和电流的q轴分量W及电压的d轴分量和电压的q轴分量； 自抗扰解禪控制单元，用于分别对所述电流的d轴分量和电流的q轴分量W及电压的d 轴分量和电压的q轴分量进行自抗扰解禪控制。 7 .根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述方程建立单元，具体用于： 根据电压源型并网逆变器拓扑结构图，结合虚拟同步发电机的电压电流基本关系，建 立虚拟同步发电机的LC滤波器方程为：式中，R、L、C分别是虚拟同步机的阻抗、滤波电感、滤波电容；ia、ib、ic分别是滤波电感 的；相电流；i03、iob、iOC分别是流向公共母线的；相电流;Ua、叫、Uc分别是S相滤波电容的 输出电压;ea、eb、Gc为逆变器输出电压。8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述坐标转换单元，具体用于： 通过坐标变换，将S相对称静止坐标系转换成W电网基波频率同步旋转的dq坐标系， 得到滤波器方程在dq坐标系中的表达式为：式中，ed，eq为逆变侧立相交流电压在d轴和q轴的分量;id，iq为逆变侧；相交流电流的d 轴分量和q轴分量;Ud，Uq为同步发电机的机端电压的d轴分量和q轴分量。9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述分量获取单元，包括： 状态变量取值单元，用于取状态变量为Xl = id，X2 = iq，X3 = Ud，X4 = Uq ; 代入计算单元，用于将状态变量代入滤波器方程在dq坐标系中的表达式，分别得到电 流在d轴、q轴的状态方程，电压在d轴、q轴的状态方程：式中10.根化仪不U巧水w/r迎的巧直，共符化化了，/7T迎白化dr兀脾梢应制单元，包括： 非线性跟踪微分器，用于根据设定的电流的d轴分量和电流的q轴分量W及电压的d轴 分量和电压的q轴分量对应的状态变量的目标值分别安排过渡过程，得到光滑的输出信号， 并提取输出信号的微分信号； 扩张状态观测器，用于对电流的d轴分量和电流的q轴分量W及电压的d轴分量和电压 的q轴分量对应的状态变量W及内外扰动进行估计，得到电流的d轴分量和电流的q轴分量 W及电压的d轴分量和电压的q轴分量对应的状态变量的估计值W及扰动估计值； 取差值单元，用于分别对所述输出信号与所述电流的d轴分量和电流的q轴分量W及电 压的d轴分量和电压的q轴分量对应的状态变量的估计值取差值，得到状态变量误差； 非线性误差反馈控制律，用于利用状态变量误差的非线性反馈与扩张状态观测器得到 的扰动估计值的补偿量一起组成控制量； 解禪控制单元，用于按照上述控制量分别对电流的d轴分量和电流的q轴分量W及电压 的d轴分量和电压的q轴分量对应的状态变量进行自抗扰解禪控制。
【文档编号】H02P21/14GK105915140SQ201610254877
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】唐酿, 盛超, 翁洪杰, 朱以顺, 肖湘宁, 陶顺, 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
【申请人】广东电网有限责任公司电力科学研究院