一种虚拟同步发电机的控制方法、装置及系统与流程

技术特征：

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-ω_ref，m₁、a₀和δ₀为给定参数，ω_ref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：

$z_1=z_2-{\mathrm{\β}}_1\×e_1+(\frac{1}{2H}\×\mathrm{\Δ}u)+\[P_{ref}-P_g-k_d\×(z_1-{\mathrm{\ω}}_{grid})\]\×\frac{1}{2H};$

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，P_ref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，P_g为电网侧的有功功率的实际值，k_d为阻尼系数，ω_grid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)-[P_ref-P_g-k_d×(z₁-ω_grid)]；

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，P_ref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，P_g为电网侧的有功功率的实际值，k_d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，ω_grid为电网侧的角频率的实际值。

6.一种虚拟同步发电机的控制装置，其特征在于，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。

7.根据权利要求6所述的控制装置，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-ω_ref，m₁、a₀和δ₀为给定参数，ω_ref为参考角频率的给定值。

8.根据权利要求6所述的控制装置，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：

$z_1=z_2-{\mathrm{\β}}_1\×e_1+(\frac{1}{2H}\×\mathrm{\Δ}u)+\[P_{ref}-P_g-k_d\×(z_1-{\mathrm{\ω}}_{grid})\]\×\frac{1}{2H};$

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，P_ref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，P_g为电网侧的有功功率的实际值，k_d为阻尼系数，ω_grid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。

9.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，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。

10.根据权利要求9所述的控制装置，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)-[P_ref-P_g-k_d×(z₁-ω_grid)]；

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，P_ref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，P_g为电网侧的有功功率的实际值，k_d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，ω_grid为电网侧的角频率的实际值。