一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的解耦控制方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的解耦控制方法及裝置。一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的解耦控制方法包括：建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程；將所述LC濾波器方程的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成dq坐標(biāo)系，得到所述LC濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式；根據(jù)所述濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式，分別獲取電流的d軸分量和電流的q軸分量以及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量；分別對所述電流的d軸分量和電流的q軸分量以及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量進(jìn)行自抗擾解耦控制。本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案實現(xiàn)了真正意義上的電壓電流dq解耦控制，微電網(wǎng)系統(tǒng)魯棒性及適應(yīng)性更為良好。
【專利說明】
一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的解耦控制方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電氣控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的解耦控制方法及 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球范圍內(nèi)的能源問題日益突出和環(huán)境壓力不斷增大，人們的焦點從傳統(tǒng)發(fā) 電技術(shù)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移到了新能源領(lǐng)域、分布式發(fā)電技術(shù)、微電網(wǎng)技術(shù)上，分布式電源在電力系統(tǒng) 中的滲透率不斷提升。分布式發(fā)電的輸出大多為直流電，需要通過并網(wǎng)逆變器接入配電網(wǎng)。 常規(guī)的分布式并網(wǎng)發(fā)電控制較多采用電力電子并網(wǎng)逆變器模式，該模式響應(yīng)速度非?？?， 轉(zhuǎn)動慣量微乎其微，無法參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，不能保證電網(wǎng)穩(wěn)定。
[0003] 為了解決分布式發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，人們提出虛擬同步發(fā)電機(jī)（Virtual Synchronous Generator)控制技術(shù)。用電壓源形式的并網(wǎng)逆變裝置控制虛擬同步發(fā)電機(jī)， 組成電壓源型且具備虛擬同步機(jī)特性的并網(wǎng)逆變器，實現(xiàn)了分布式電源并離網(wǎng)無縫切換這 一功能。
[0004] 在利用電壓源形式的逆變裝置實現(xiàn)虛擬同步發(fā)電機(jī)并離網(wǎng)無縫切換時，需實現(xiàn)微 電網(wǎng)電壓電流dq解耦。采用傳統(tǒng)的PI控制算法可以實現(xiàn)對電壓電流的dq解耦，但在傳統(tǒng)的 PI控制器中電阻參數(shù)和濾波電感會存在攝動，從而與控制器設(shè)定的參數(shù)之間存在差異，且 前反饋本身就是一種削弱耦合的補(bǔ)償控制，無法實現(xiàn)真正意義上的解耦，效果不太理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，本發(fā)明提出一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的自抗 擾解耦控制方法及裝置，更好地實現(xiàn)對電壓電流的dq解耦控制。
[0006] 本發(fā)明提供一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的解耦控制方法，包括：
[0007] 建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程；
[0008] 將所述LC濾波器方程的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成dq坐標(biāo)系，得到所述LC濾波器方程在dq坐標(biāo) 系中的表達(dá)式；
[0009] 根據(jù)所述濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式，分別獲取電流的d軸分量和電流的q 軸分量以及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量；
[0010] 分別對所述電流的d軸分量和電流的q軸分量以及電壓的d軸分量和電壓的q軸分 量進(jìn)行自抗擾解耦控制。
[0011] 進(jìn)一步地，所述建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程，包括：
[0012] 根據(jù)電壓源型并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，結(jié)合虛擬同步發(fā)電機(jī)的電壓電流基本關(guān) 系，建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程為： t'
[0013] r
[0014]
[0015] 式中，R、L、C分別是虛擬同步機(jī)的阻抗、濾波電感、濾波電容；ia、ib、ic分別是濾波 電感的三相電流；icm、iob、i。。分別是流向公共母線的三相電流;u a、ub、Uc分別是三相濾波電 容的輸出電壓;ea、eb、e c為逆變器輸出電壓。
[0016] 進(jìn)一步地，所述將LC濾波器方程的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成dq坐標(biāo)系，得到所述LC濾波器方 程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式，包括：
[0017]通過坐標(biāo)變換，將三相對稱靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo) 系，得到濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式為：
[0018]
[0019]
[0020]式中，ed，eq為逆變側(cè)三相交流電壓在d軸和q軸的分量；id，iq為逆變側(cè)三相交流電 流的d軸分量和q軸分量;Ud，Uq為同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的d軸分量和q軸分量。
[0021 ]進(jìn)一步地，所述根據(jù)濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式，分別獲取電流的d軸分量 和電流的q軸分量以及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量，包括：
[0022] 取狀態(tài)變量為? = id，X2 = i q，X3 = Ud，X4 = Uq，將狀態(tài)變量代入濾波器方程在dq坐標(biāo) 系中的表達(dá)式，分別得到電流在d軸、q軸的狀態(tài)方程，電壓在d軸、q軸的狀態(tài)方程：
[0023]
[0024]
[0025]
[0026] 進(jìn)一步地，所述分別對電流的d軸分量和電流的q軸分量以及電壓的d軸分量和電 壓的q軸分量進(jìn)行自抗擾解耦控制，包括：
[0027] 根據(jù)設(shè)定的電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的d軸分量和電壓的q軸分量對 應(yīng)的狀態(tài)變量的目標(biāo)值分別安排過渡過程，得到光滑的輸出信號，并提取輸出信號的微分 信號；
[0028] 對電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài) 變量以及內(nèi)外擾動進(jìn)行估計，得到電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的d軸分量和電壓 的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的估計值以及擾動估計值；
[0029 ]分別對所述輸出信號與所述電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的d軸分量和電 壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的估計值取差值，得到狀態(tài)變量誤差；
[0030] 利用所述狀態(tài)變量誤差對應(yīng)的非線性反饋和所述擾動估計值對應(yīng)的補(bǔ)償量一起 組成控制量；
[0031] 按照控制量分別對電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的d軸分量和電壓的q軸 分量對應(yīng)的狀態(tài)變量進(jìn)行自抗擾解耦控制。
[0032] 本發(fā)明提供一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的解耦控制裝置，包括：
[0033] 方程建立單元，用于建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程；
[0034] 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，用于將所述LC濾波器方程的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成dq坐標(biāo)系，得到所述LC 濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式；
[0035] 分量獲取單元，用于根據(jù)所述濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式，分別獲取電流 的d軸分量和電流的q軸分量以及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量；
[0036]自抗擾解耦控制單元，用于分別對所述電流的d軸分量和電流的q軸分量以及電壓 的d軸分量和電壓的q軸分量進(jìn)行自抗擾解耦控制。
[0037] 進(jìn)一步地，所述方程建立單元，具體用于：
[0038] 根據(jù)電壓源型并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，結(jié)合虛擬同步發(fā)電機(jī)的電壓電流基本關(guān) 系，建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程為：
[0039]
[0040]
[00411式中，R、L、C分別是虛擬同步機(jī)的阻抗、濾波電感、濾波電容；ia、ib、i c分別是濾波 電感的三相電流；icm、iob、i。。分別是流向公共母線的三相電流;ua、ub、U c分別是三相濾波電 容的輸出電壓;ea、eb、ec為逆變器輸出電壓。
[0042]進(jìn)一步地，所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，具體用于：
[0043]通過坐標(biāo)變換，將三相對稱靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo) 系，得到濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式為：
[0044]
[0045]
[0046]式中，ed，eq為逆變側(cè)三相交流電壓在d軸和q軸的分量;id，iq為逆變側(cè)三相交流電 流的d軸分量和q軸分量;Ud，Uq為同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的d軸分量和q軸分量。
[0047I進(jìn)一步地，所述分量獲取單元，包括：
[0048] 狀態(tài)變量取值單元，用于取狀態(tài)變量為Xl = id，X2 = iq，X3 = Ud，X4 = Uq ;
[0049] 代入計算單元，用于將狀態(tài)變量代入濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式，分別得 到電流在d軸、q軸的狀態(tài)方程，電壓在d軸、q軸的狀態(tài)方程：
[0050]
[0051]
[0052]
[0053] 進(jìn)一步地，所述自抗擾解親控制單元，包括：
[0054] 非線性跟蹤微分器，用于根據(jù)設(shè)定的電流的d軸分量和電流的q軸分量以及電壓的 d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的目標(biāo)值分別安排過渡過程，得到光滑的輸出信 號，并提取輸出信號的微分信號；
[0055] 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，用于對電流的d軸分量和電流的q軸分量以及電壓的d軸分量和 電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量以及內(nèi)外擾動進(jìn)行估計，得到電流的d軸分量和電流的q軸 分量以及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的估計值以及擾動估計值；
[0056] 取差值單元，用于分別對所述輸出信號與所述電流的d軸分量和電流的q軸分量以 及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的估計值取差值，得到狀態(tài)變量誤差；
[0057] 非線性誤差反饋控制律，用于利用狀態(tài)變量誤差的非線性反饋與擴(kuò)張狀態(tài)觀測器 得到的擾動估計值的補(bǔ)償量一起組成控制量；
[0058]解耦控制單元，用于按照上述控制量分別對電流的d軸分量和電流的q軸分量以及 電壓的d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量進(jìn)行自抗擾解耦控制。
[0059] 本發(fā)明采用上述方法及裝置，所取得的有益效果在于:本發(fā)明構(gòu)建了同步發(fā)電機(jī) dq等效模型，在實現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)與電壓源型變流器在同一dq坐標(biāo)系下的模型融合的同時， 分別獲取電流與電壓在d軸和q軸的分量，對各分量分別利用自抗擾解耦控制技術(shù)進(jìn)行自抗 擾解耦控制。自抗擾解耦控制技術(shù)性能良好，控制簡單，精度高，具有強(qiáng)魯棒性和可實現(xiàn)性。 本發(fā)明利用自抗擾解耦控制技術(shù)，在真正意義上實現(xiàn)了具有虛擬同步發(fā)電機(jī)特性的電壓源 型變流器的電壓電流dq解耦控制，系統(tǒng)魯棒性及適應(yīng)性更為良好。
【附圖說明】
[0060] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0061] 圖1是本發(fā)明實施例提供的一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的解耦控制方法的流程示意 圖；
[0062] 圖2是電壓源型并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0063] 圖3是本發(fā)明實施例提供的一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的解耦控制裝置的示意圖； [0064]圖4是自抗擾控制基本結(jié)構(gòu)圖；
[0065] 圖5是具有自抗擾解耦控制功能的虛擬同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0066] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0067] 本發(fā)明實施例提供一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的解耦控制方法，參見圖1，該方法包 括：
[0068] S101、建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程；
[0069] S102、將所述LC濾波器方程的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成dq坐標(biāo)系，得到所述LC濾波器方程在 dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式；
[0070] 所述LC濾波器方程的數(shù)學(xué)模型物理意義清晰、直觀，但在這種數(shù)學(xué)模型中，交流側(cè) 均為時變交流量，不利于控制系統(tǒng)設(shè)計。為此，可以通過坐標(biāo)變換將所述LC濾波器方程的坐 標(biāo)轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系。這樣經(jīng)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換后，所述LC濾波器方 程坐標(biāo)系中的基波正弦變化量將轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流變量，從而簡化了控制系 統(tǒng)設(shè)計。
[0071] S103、根據(jù)所述濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式，分別獲取電流的d軸分量和電 流的q軸分量以及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量；
[0072] 本發(fā)明的目的是實現(xiàn)電壓和電流的dq解耦控制，因此，獲取電流和電壓的d軸和q 軸分量是實現(xiàn)后續(xù)控制的基礎(chǔ)。
[0073] S104、分別對所述電流的d軸分量和電流的q軸分量以及電壓的d軸分量和電壓的q 軸分量進(jìn)行自抗擾解耦控制。
[0074] 本發(fā)明使用自抗擾解耦控制技術(shù)對所述各分量進(jìn)行解耦控制，這一步是實現(xiàn)電壓 和電流的dq解耦控制的關(guān)鍵步驟。自抗擾解耦控制技術(shù)性能良好、控制簡單、精度高、具有 強(qiáng)魯棒性和可實現(xiàn)性，本發(fā)明在這一步驟利用自抗擾解耦控制技術(shù)，使得本發(fā)明魯棒性及 適應(yīng)性更為良好。
[0075] 本發(fā)明從建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程入手，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到虛擬同步 發(fā)電機(jī)的dq等效模型，進(jìn)一步分別獲取電流與電壓在d軸和q軸的分量，對各分量利用自抗 擾解耦技術(shù)進(jìn)行自抗擾解耦控制。自抗擾解耦控制技術(shù)本身具有性能良好、控制簡單、精度 高等優(yōu)點，本發(fā)明將自抗擾解耦控制技術(shù)應(yīng)用于對電壓電流dq解耦控制中，實現(xiàn)了真正意 義上的電壓電流dq解耦，系統(tǒng)魯棒性及適應(yīng)性更為良好。
[0076] 可選的，在本發(fā)明的另一個實施例中，所述建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程， 包括：
[0077] 參見圖2所示電壓源型并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，結(jié)合虛擬同步發(fā)電機(jī)的電壓電流 基本關(guān)系，建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程為：
[0078]
[0079]
[0080]式中，R、L、C分別是虛擬同步機(jī)的阻抗、濾波電感、濾波電容；ia、ib、i c分別是濾波 電感的三相電流；icm、iob、i。。分別是流向公共母線的三相電流;ua、ub、U c分別是三相濾波電 容的輸出電壓;ea、eb、ec為逆變器輸出電壓。
[0081]可選的，在本發(fā)明的另一個實施例中，所述將LC濾波器方程的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成dq坐 標(biāo)系，得到所述LC濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式，包括：
[0082]通過坐標(biāo)變換，將所述LC濾波器方程所處的三相對稱靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基 波頻率同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系，得到濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式為：
[0083]
[0084]
[0085]式中，ed，eq為逆變側(cè)三相交流電壓在d軸和q軸的分量;id，iq為逆變側(cè)三相交流電 流的d軸分量和q軸分量;Ud，Uq為同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的d軸分量和q軸分量。
[0086]可選的，在本發(fā)明的另一個實施例中，所述根據(jù)濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá) 式，分別獲取電流的d軸分量和電流的q軸分量以及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量，包括：
[0087 ] 取狀態(tài)變量為? = id，X2 = i q，X3 = Ud，X4 = Uq，將狀態(tài)變量代入濾波器方程在dq坐標(biāo) 系中的表達(dá)式，分別得到電流在d軸、q軸的狀態(tài)方程，電壓在d軸、q軸的狀態(tài)方程：
[0088] 1234567 2 3 可選的，在本發(fā)明的另一個實施例中，所述分別對電流的d軸分量和電流的q軸分 量以及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量進(jìn)行自抗擾解親控制，包括： 4
[0092 ] 1)根據(jù)設(shè)定的電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的d軸分量和電壓的q軸分量 對應(yīng)的狀態(tài)變量的目標(biāo)值分別安排過渡過程，得到光滑的輸出信號，并提取輸出信號的微 分信號； 5 這一步驟根據(jù)需要安排給定輸入的過渡過程，實現(xiàn)了對輸入信號快速無超調(diào)跟 蹤，減小了系統(tǒng)的初始誤差，解決了系統(tǒng)響應(yīng)快速性和超調(diào)性之間的矛盾。 6 2)對電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀 態(tài)變量以及內(nèi)外擾動進(jìn)行估計，得到電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的d軸分量和電 壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的估計值以及擾動估計值； 7 這一步驟在對被控變量進(jìn)行估計的同時，把影響被控輸出的擾動量和不確定量擴(kuò) 張成新的狀態(tài)變量，將含未知干擾的非線性不確定性對象化為積分串聯(lián)型對象，以便后續(xù) 對其進(jìn)行控制。
[0096] 3)分別對所述輸出信號與所述電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的d軸分量和 電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的估計值取差值，得到狀態(tài)變量誤差；
[0097] 這一步驟得到的狀態(tài)變量誤差，是后續(xù)獲取得到最終控制量的先決條件。
[0098] 4)利用所述狀態(tài)變量誤差對應(yīng)的非線性反饋和所述擾動估計值對應(yīng)的補(bǔ)償量一 起組成控制量；
[0099] 所述控制量由所述狀態(tài)變量誤差對應(yīng)的非線性反饋和所述擾動估計值對應(yīng)的補(bǔ) 償量疊加構(gòu)成。
[0100] 5)按照控制量分別對電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的d軸分量和電壓的q 軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量進(jìn)行自抗擾解耦控制。
[0101] 本發(fā)明實施例提供了一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的解耦控制裝置，參見圖3,該裝置 包括:方程建立單元201、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元202、分量獲取單元203、自抗擾解耦控制單元204。
[0102] 其中，方程建立單元201，用于建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程；
[0103] 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元202,用于將所述LC濾波器方程的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成dq坐標(biāo)系，得到所述 LC濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式；
[0104]所述方程建立單元201建立的LC濾波器方程的數(shù)學(xué)模型物理意義清晰、直觀，但在 這種數(shù)學(xué)模型中，交流側(cè)均為時變交流量，不利于控制系統(tǒng)設(shè)計。為此，坐標(biāo)變換單元通過 坐標(biāo)變換將所述LC濾波器方程的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系。這樣經(jīng) 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換后，所述LC濾波器方程坐標(biāo)系中的基波正弦變化量將轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 中的直流變量，從而簡化了控制系統(tǒng)設(shè)計。
[0105] 分量獲取單元203,用于根據(jù)所述濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式，分別獲取電 流的d軸分量和電流的q軸分量以及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量；
[0106] 本發(fā)明的目的是實現(xiàn)電壓和電流的dq解耦控制，因此，分量獲取單元203獲取電流 和電壓的d軸和q軸分量是實現(xiàn)后續(xù)控制的基礎(chǔ)。
[0107] 自抗擾解耦控制單元204,用于分別對所述電流的d軸分量和電流的q軸分量以及 電壓的d軸分量和電壓的q軸分量進(jìn)行自抗擾解耦控制。
[0108] 自抗擾解耦控制單元204使用自抗擾解耦控制技術(shù)對所述各分量進(jìn)行解耦控制， 這一步是實現(xiàn)電壓和電流的dq解耦控制的關(guān)鍵步驟。自抗擾解耦控制技術(shù)性能良好、控制 簡單、精度高、具有強(qiáng)魯棒性和可實現(xiàn)性，本發(fā)明在這一步驟利用自抗擾解耦控制技術(shù)，使 得本發(fā)明魯棒性及適應(yīng)性更為良好。
[0109] 本發(fā)明所述裝置在工作過程中，首先由方程建立單元201建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的 LC濾波器方程，然后坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元202將該方程坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為dq坐標(biāo)系，得到虛擬同步發(fā)電 機(jī)的dq等效模型，進(jìn)而由分量獲取單元203從所述dq等效模型中獲取電壓與電流在d軸和q 軸的分量，最后自抗擾解耦控制單元204對各分量進(jìn)行自抗擾解耦控制。所述裝置在工作過 程中，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元202對坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，簡化了控制系統(tǒng)設(shè)計。自抗擾控制技術(shù)本身具有 性能良好、控制簡單、精度高等優(yōu)點，自抗擾解耦控制單元204利用自抗擾解耦控制技術(shù)對 電壓和電流的d軸分量和q軸分量分別進(jìn)行解耦控制，實現(xiàn)了真正意義上的電壓電流dq解 耦，系統(tǒng)魯棒性及適應(yīng)性更為良好。
[0110]可選的，在本發(fā)明的另一個實施例中，所述方程建立單元201，具體用于：
[0111]根據(jù)電壓源型并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，結(jié)合虛擬同步發(fā)電機(jī)的電壓電流基本關(guān) 系，建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程為：
[0112]
[0113]
[0114]式中，R、L、C分別是虛擬同步機(jī)的阻抗、濾波電感、濾波電容；ia、ib、i c分別是濾波 電感的三相電流；icm、iob、i。。分別是流向公共母線的三相電流;ua、ub、U c分別是三相濾波電 容的輸出電壓;ea、eb、ec為逆變器輸出電壓。
[0115]可選的，在本發(fā)明的另一個實施例中，所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元202，具體用于：
[0116]通過坐標(biāo)變換，將三相對稱靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo) 系，得到濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式為：
[0117]
[0118]
[0119]式中，ed，eq為逆變側(cè)三相交流電壓在d軸和q軸的分量;id，iq為逆變側(cè)三相交流電 流的d軸分量和q軸分量;Ud，Uq為同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的d軸分量和q軸分量。
[0120]可選的，在本發(fā)明的另一個實施例中，所述分量獲取單元203，包括：
[01 21 ] 狀態(tài)變量取值單元，用于取狀態(tài)變量為Xl = id，X2 = iq，X3 = Ud，X4 = Uq ;
[0122] 代入計算單元，用于將狀態(tài)變量代入濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式，分別得 到電流在d軸、q軸的狀態(tài)方程，電壓在d軸、q軸的狀態(tài)方程：
[0123]
[0124]
[0125]
[0126] 可選的，在本發(fā)明的另一個實施例中，參見圖4所示，所述自抗擾解耦控制單元 204,包括：
[0127] 非線性跟蹤微分器(TD)，用于根據(jù)設(shè)定的電流的d軸分量和電流的q軸分量以及電 壓的d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的目標(biāo)值V分別安排過渡過程，得到光滑的 輸出信號Vi，并提取輸出信號的微分信號；
[0128]
[0129]其中，fal為最優(yōu)綜合控制函數(shù);X為輸入信號;Vi為X的跟蹤信號;λ為跟蹤速度因 子。
[0130]非線性微分跟蹤器根據(jù)需要安排過渡過程，實現(xiàn)對輸入信號快速無超調(diào)跟蹤，減 小了系統(tǒng)的初始誤差，解決了系統(tǒng)響應(yīng)快速性和超調(diào)性之間的矛盾。
[0131] 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(ESO)，用于對電流的d軸分量和電流的q軸分量以及電壓的d軸分 量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量以及內(nèi)外擾動進(jìn)行估計，得到電流的d軸分量和電流的 q軸分量以及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的估計值以及擾動估計值；
[0132] 以電流d軸或q軸分量為例:擴(kuò)張狀態(tài)觀測器以系統(tǒng)輸入和輸出得到電流d軸或q軸 狀態(tài)變量的估計=:，并把影響被控輸出的擾動量和不確定量擴(kuò)張成新的狀態(tài)變量Z 2。
[0133]
[0134] ει = Ζι~χ
[0135] 其中，ZAx的跟蹤信號;Z2是對總擾動的估計;』2為輸出誤差校正增益;fal為 最優(yōu)綜合控制函數(shù)J 1為濾波因子。
[0136] 取差值單元，用于分別對所述輸出信號與所述電流的d軸分量和電流的q軸分量以 及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的估計值取差值，得到狀態(tài)變量誤差；
[0137] 狀態(tài)變量誤差E1 = Vi-Zu
[0138] 非線性誤差反饋控制律(NLSEF)，用于利用狀態(tài)變量誤差的非線性反饋與擴(kuò)張狀 態(tài)觀測器得到的擾動估計值的補(bǔ)償量一起組成控制量；
[0139] 非線性誤差反饋控制律(NLSEF)根據(jù)誤差￡1來決定控制純積分器串聯(lián)型對象控制 律UQ，對誤差反饋控制量UQ用擾動估計值Z2的補(bǔ)償來決定最終的控制量:U = UQ-Z2/b〇，這里， 參數(shù)b〇是決定補(bǔ)償強(qiáng)弱的"補(bǔ)償因子"，作為可調(diào)參數(shù)來用。
[0140]
[0141] 其中，fal為最優(yōu)綜合控制函數(shù)J1為濾波因子。
[0142] 解耦控制單元，用于按照上述控制量分別對電流的d軸分量和電流的q軸分量以及 電壓的d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量進(jìn)行自抗擾解耦控制。
[0143] 將自抗擾解耦控制技術(shù)應(yīng)用于虛擬同步發(fā)電機(jī)，得到如圖5具有自抗擾解耦控制 功能的虛擬同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)框圖所示的虛擬同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。
[0144] 在該系統(tǒng)中，虛擬同步機(jī)的功率部分，即整體結(jié)構(gòu)中的并網(wǎng)逆變器部分是整個系 統(tǒng)的主體，分布式電源并網(wǎng)通過并網(wǎng)逆變器來實現(xiàn)。在功率部分的電路中，Ud是等效直流電 壓源，即逆變系統(tǒng)的儲能部分所提供的直流電壓；Ii~I 6是橋式逆變器中的六個IGBT開關(guān)； R、L、C分別是虛擬同步機(jī)的阻抗、濾波電感、濾波電容；ia、ib、ic分別是濾波電感的三相電 流；i 〇a、i〇b、1。。分別是流向公共母線的三相電流；U0a、U0b、U。。分別是三相濾波電容的輸出電 壓，即虛擬同步機(jī)的輸出電壓，也是公共電網(wǎng)三相電壓。
[0145] 在系統(tǒng)工作過程中，中央控制器給出的功率的參考值Pref、Qref與電壓的參考值Eref 經(jīng)過VSG控制(包括有功-頻率控制、無功-電壓控制)得到三相電壓eabc，三相電Seabc經(jīng)過dq 變換后引入虛擬阻抗，通過自抗擾解耦控制技術(shù)實現(xiàn)電壓電流dq解耦，最后，電壓經(jīng)過dq反 變換后經(jīng)PWM發(fā)生器來控制三相橋臂的開通與關(guān)斷。
[0146] 對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的解禪控制方法，其特征在于，包括： 建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程； 將所述LC濾波器方程的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成dq坐標(biāo)系，得到所述LC濾波器方程在dq坐標(biāo)系中 的表達(dá)式； 根據(jù)所述濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式，分別獲取電流的d軸分量和電流的q軸分 量W及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量； 分別對所述電流的d軸分量和電流的q軸分量W及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量進(jìn) 行自抗擾解禪控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方 程，包括： 根據(jù)電壓源型并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，結(jié)合虛擬同步發(fā)電機(jī)的電壓電流基本關(guān)系，建 立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程為：式中，R、L、C分別是虛擬同步機(jī)的阻抗、濾波電感、濾波電容；ia、ib、ic分別是濾波電感 的；相電流；i 03、iob、i OC分別是流向公共母線的；相電流;Ua、叫、Uc分別是S相濾波電容的 輸出電壓;ea、eb、Gc為逆變器輸出電壓。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將所述LC濾波器方程的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成 dq坐標(biāo)系，得到所述LC濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式，包括： 通過坐標(biāo)變換，將S相對稱靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成W電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系， 得到濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式為：式中，ed，eq為逆變側(cè)立相交流電壓在d軸和q軸的分量;id，iq為逆變側(cè)；相交流電流的d 軸分量和q軸分量;Ud，Uq為同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的d軸分量和q軸分量。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的 表達(dá)式，分別獲取電流的d軸分量和電流的q軸分量W及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量， 包括： 取狀態(tài)變量為Xl = id，X2 = iq，X3 = Ud，X4 = Uq，將狀態(tài)變量代入濾波器方程在dq坐標(biāo)系中 的表達(dá)式，分別得到電流在d軸、q軸的狀態(tài)方程，電壓在d軸、q軸的狀態(tài)方程： 式中 5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分別對所述電流的d軸分量和電流的q 軸分量W及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量進(jìn)行自抗擾解禪控制，包括： 根據(jù)設(shè)定的電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的 狀態(tài)變量的目標(biāo)值分別安排過渡過程，得到光滑的輸出信號，并提取輸出信號的微分信號； 對電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量 W及內(nèi)外擾動進(jìn)行估計，得到電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的d軸分量和電壓的q軸 分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的估計值W及擾動估計值； 分別對所述輸出信號與所述電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的巧由分量和電壓的 q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的估計值取差值，得到狀態(tài)變量誤差； 利用所述狀態(tài)變量誤差對應(yīng)的非線性反饋和所述擾動估計值對應(yīng)的補(bǔ)償量一起組成 控制量； 按照控制量分別對電流的d軸分量、電流的q軸分量、電壓的d軸分量和電壓的q軸分量 對應(yīng)的狀態(tài)變量進(jìn)行自抗擾解禪控制。 6 .-種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的解禪控制裝置，其特征在于，包括： 方程建立單元，用于建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程； 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，用于將所述LC濾波器方程的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成dq坐標(biāo)系，得到所述LC濾波 器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式； 分量獲取單元，用于根據(jù)所述濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式，分別獲取電流的d軸 分量和電流的q軸分量W及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量； 自抗擾解禪控制單元，用于分別對所述電流的d軸分量和電流的q軸分量W及電壓的d 軸分量和電壓的q軸分量進(jìn)行自抗擾解禪控制。 7 .根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述方程建立單元，具體用于： 根據(jù)電壓源型并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，結(jié)合虛擬同步發(fā)電機(jī)的電壓電流基本關(guān)系，建 立虛擬同步發(fā)電機(jī)的LC濾波器方程為：式中，R、L、C分別是虛擬同步機(jī)的阻抗、濾波電感、濾波電容；ia、ib、ic分別是濾波電感 的；相電流；i03、iob、iOC分別是流向公共母線的；相電流;Ua、叫、Uc分別是S相濾波電容的 輸出電壓;ea、eb、Gc為逆變器輸出電壓。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，具體用于： 通過坐標(biāo)變換，將S相對稱靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成W電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系， 得到濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式為：式中，ed，eq為逆變側(cè)立相交流電壓在d軸和q軸的分量;id，iq為逆變側(cè)；相交流電流的d 軸分量和q軸分量;Ud，Uq為同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的d軸分量和q軸分量。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述分量獲取單元，包括： 狀態(tài)變量取值單元，用于取狀態(tài)變量為Xl = id，X2 = iq，X3 = Ud，X4 = Uq ; 代入計算單元，用于將狀態(tài)變量代入濾波器方程在dq坐標(biāo)系中的表達(dá)式，分別得到電 流在d軸、q軸的狀態(tài)方程，電壓在d軸、q軸的狀態(tài)方程：式中10.根化儀不U巧水w/r迎的巧直，共符化化了，/7T迎白化dr兀脾梢應(yīng)制單元，包括： 非線性跟蹤微分器，用于根據(jù)設(shè)定的電流的d軸分量和電流的q軸分量W及電壓的d軸 分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的目標(biāo)值分別安排過渡過程，得到光滑的輸出信號， 并提取輸出信號的微分信號； 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，用于對電流的d軸分量和電流的q軸分量W及電壓的d軸分量和電壓 的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量W及內(nèi)外擾動進(jìn)行估計，得到電流的d軸分量和電流的q軸分量 W及電壓的d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的估計值W及擾動估計值； 取差值單元，用于分別對所述輸出信號與所述電流的d軸分量和電流的q軸分量W及電 壓的d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量的估計值取差值，得到狀態(tài)變量誤差； 非線性誤差反饋控制律，用于利用狀態(tài)變量誤差的非線性反饋與擴(kuò)張狀態(tài)觀測器得到 的擾動估計值的補(bǔ)償量一起組成控制量； 解禪控制單元，用于按照上述控制量分別對電流的d軸分量和電流的q軸分量W及電壓 的d軸分量和電壓的q軸分量對應(yīng)的狀態(tài)變量進(jìn)行自抗擾解禪控制。
【文檔編號】H02P21/14GK105915140SQ201610254877
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】唐釀, 盛超, 翁洪杰, 朱以順, 肖湘寧, 陶順, 袁敞, 孫聞, 黃輝, 陳銳, 張俊峰, 朱良合, 羅運(yùn)松, 張毅超, 吳曉宇, 劉正富, 安然然, 趙艷軍
【申請人】廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院