[发明专利]一种提高系统稳定性和鲁棒性的类模拟同步发电机虚拟同步控制器

权利要求书

1.一种提高系统稳定性和鲁棒性的类模拟同步发电机虚拟同步控制器，包括第一采样单元、比例控制器单元、第二采样单元、第三采样单元、内环比例积分控制器单元和PWM调制单元，其特征在于：还包括类模拟同步发电机控制环、虚拟同步控制环以及电流前馈项，所述类模拟同步发电机控制环由虚拟惯量控制单元和虚拟阻尼控制单元衔接形成，用于输出虚拟的直流电压信号，为系统提供惯量和阻尼支撑，所述虚拟同步控制环用于实现直流电压的虚拟同步控制，所述电流前馈项用于加快系统响应速度；

所述第一采样单元连接比例控制器单元，所述比例控制器单元和电流前馈项连接类模拟同步发电机控制器环中的虚拟惯量控制单元，所述第二采样单元连接类模拟同步发电机控制环中的虚拟惯量控制单元，所述类模拟同步发电机控制环中的虚拟惯量控制单元与虚拟同步控制环连接，所述虚拟同步控制环连接内环比例积分控制器单元，所述内环比例积分控制器单元和第三采样单元连接PWM调制单元；

直流电压参考信号与所述第一采样单元采样的DC-DC变换器输出口直流电容上的电压相减得到偏差量，再通过比例控制器单元获得第一输出信号作为虚拟同步控制器的参考输入，所述第一输出信号满足如下控制规律：

I_vir＝(v_ref-V_dc)K_dr

所述虚拟惯量控制单元将第一输出信号减去第二采样单元采样DC-DC直流变换器输出口直流电流信号再减去虚拟阻尼控制单元输出的信号得到差值，所述差值与电流前馈项输出的信号叠加得到第二输出信号作为虚拟直流电压信号，所述第二输出信号满足如下控制规律：

所述虚拟阻尼控制单元将第二输出信号与直流电压参考信号相减得到第三输出信号作为虚拟阻尼电流信号，所述第三输出信号满足如下控制规律：

I_dm＝(V_vir-V_ref)k_dom

其中，I_dc为直流变换器输出口直流电流，I_feedforward为电流前馈项，J_vir/s为虚拟惯量控制单元，V_ref为直流电压参考信号，k_dom为虚拟阻尼控制单元；

所述虚拟同步控制环将第二输出信号与第一采样单元采样的DC-DC变换器输出口直流电容上的电压叠加得到第四输出信号，所述第四输出信号满足如下控制规律：

其中，1/K_virt为虚拟同步控制环；所述第四输出信号通过额定占空比系数获得第五输出信号作为内环比例积分控制器单元的参考电流信号，所述第五输出信号满足如下控制规律：

I_ref＝I_virtD_uty

其中，D_uty为额定占空比值，即额定直流出口电压与电源电压的比值；

所述内环比例积分控制器单元将第五输出信号与第三采样单元采样的滤波电感电流信号相减得到第六输出信号作为DC-DC直流斩波变换器调制信号，所述第六输出信号满足如下控制规律：

E＝(I_ref-I_L)(K_p+K_i/s)

所述内环比例积分控制器单元连接PWM调制单元，将第六输出信号与三角载波信号相比较的差值按脉宽调制逻辑计算得到第七输出信号，即PWM脉冲信号；

所述虚拟惯量控制单元和虚拟阻尼控制单元通过第二输出信号和第三输出信号的衔接形成类模拟同步发电机控制器环，类模拟同步发电机控制环产生虚拟直流电压后通过虚拟同步控制环产生虚拟直流电流为系统提供惯量支撑，所述类模拟同步发电机虚拟同步控制器的控制动态表达式为：

所述类模拟同步发电机控制环产生虚拟直流电压后通过虚拟同步控制环产生虚拟直流电流，当直流电压发生振荡时，dV_vir/dt不为零，系统存在一个惯量功率，所述类模拟同步发电机控制环中的虚拟惯量控制单元自动响应惯量需求提供相应的惯量支撑进一步的阻尼振荡，惯量越大，能够提供的惯量支撑就越大，系统直流电压越容易镇定，由此使得直流电压的波动变得平滑，进而抑制直流电压振荡，改善系统阻尼性能；当系统的直流电压不等于额定直流电压时，所述类模拟同步发电机控制环中的虚拟阻尼控制单元自动响应产生阻尼功率来抑制直流电压的振荡；直到直流电压不发生振荡时，系统才不再存在惯量功率。