[发明专利]一种自适应指令滤波反演的虚拟同步电机控制方法

说明书

本发明提出了一种自适应指令滤波反演的虚拟同步电机控制方法。所述方法包括如下步骤：建立三阶非线性状态空间模型；根据所述三阶非线性状态空间模型获得控制器。本发明对理想同步电机转子方程及转矩部分建模，并设计自适应指令滤波反演控制器，能够实现系统并网过程较平稳切换，减小功率波动，便于实际工程应用。

技术领域

本发明涉及分布式发电微网技术领域，具体地说是采用自适应指令滤波反演控制器，在虚拟同步电机控制中增加非线性的补偿信号，提高系统稳定性的方法。

背景技术

分布式能源通过并网逆变器大规模接入电网，而基于电力电子逆变器的分布式电源往往由于惯性缺失，当系统受到扰动时，其输出响应速度过快，各性能参数发生突变，影响电网稳定运行。虚拟同步电机(virtual synchronous generator，VSG)控制方法通过引入转子摇摆方程，构造虚拟惯量及一次调频指令来模拟传统同步发电机的外特性，为电网提供电压和频率支撑。然而，虚拟同步电机方法是一种线性控制方法，当系统受到突发性大功率扰动时，无法保证系统的稳定性。尤其是并网过程中，当虚拟同步电机的输出电压与电网电压不同步时，会有较大的冲击电流产生。

针对以上问题，可在传统的虚拟同步电机控制中加入非线性的补偿信号，增强系统的稳定性。反步法是一种递归的控制方法，在处理高阶非线性系统时，可以对系统进行简化，将原系统分解得到低阶子系统，然后依次选择中间虚拟控制变量和李雅普诺夫函数。基于李雅普诺夫稳定性原理，最终完成整个系统控制律的设计。在控制器的设计过程中，采用指令滤波器来获得中间虚拟控制量的导数，有效避免计算量膨胀问题。

反步控制器设计需要对系统精确的建模，实际应用中存在的建模误差及外界干扰对控制器的控制效果会有很大影响，一般使用神经网络、模糊控制等自适应方法对系统不确定部分进行估计。

发明内容

针对现有问题，本发明提出一种自适应指令滤波反演的虚拟同步电机控制方法，以解决现有技术中存在的系统建模误差大的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种自适应指令滤波反演的虚拟同步电机控制方法，所述方法包括如下步骤：

建立三阶非线性状态空间模型；

根据所述三阶非线性状态空间模型获得控制器。

进一步的，所述三阶非线性状态空间模型包括：

a₁＝-D/J，a₂＝-1/J，

式中，Δδ为功角与平衡点的偏差，Δω为转速与平衡点的偏差，ΔT_e为电磁转矩与平衡点的偏差，Δδ、Δω、ΔT_e选取为系统的三个状态变量；J和D表示为转子的转动惯量和阻尼系数，a₁为与转动惯量和阻尼系数有关的模型参数，a₂为与转动惯量有关的模型参数；ψ_f为磁链；k_a为低通滤波器增益，τ_a为低通滤波器截止频率相关的变量，c设为常数1；i为虚拟同步电机的输出电流，u为控制器，T_ref为机械转矩。

进一步的，所述控制器包括：

e₁＝Δδ-Δδ_ref，

e₂＝Δω-Δω^c，