CN106786733B - 一种虚拟同步发电机的控制方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种虚拟同步发电机的控制方法及装置，所述方法用于孤岛运行状态，包括：利用跟踪微分器对虚拟同步发电机的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，获得状态变量的估计值以及扰动估计值，并且对所述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，并根据状态变量误差的非线性反馈与扰动估计值的补偿量以及参考角频率的估计值获得目标控制量；根据目标控制量进行有功频率控制。本发明是一种基于自抗扰的无频差控制方式，减少频率误差，对负荷的变化体现出很好的鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及电网控制领域，尤其是涉及一种虚拟同步发电机的控制方法、装置及系统。
背景技术
随着电网规模的不断扩大，超大规模电力系统建设成本高、运行难度大且难以满足用户多样化供电需求等弊端日益凸现，同时，传统能源供应的日益紧张以及人们用电需求的不断提高，因此，含有分布式电源的微电网应运而生。由于分布式电源的输出大多都为直流，因此需要通过并网逆变器接入配电网，借鉴传统电力系统的运行经验，使得并网逆变器具有同步发电机的外特性，能够提高微电网的运行性能，并且方便地将一些传统电网的运行控制策略移植到微电网中，这种并网逆变器被称之为虚拟同步发电机(英文：VirtualSynchronous Machine,简称：VSM)。
虚拟同步发电机具有并网和孤岛两种运行状态。在正常情况下，虚拟同步发电机和配电网并网运行，当配电网发生故障或者电能质量不满足符合要求等情况时，虚拟同步发电机能够快速、主动地断开与配电网之间的连接，过渡到孤岛运行状态。
当虚拟同步发电机处于孤岛运行状态时，如何对虚拟同步发电机进行控制，从而实现对虚拟同步发电机的无频差调节，是目前研究的关键内容之一。在一种现有技术中，在下垂控制的基础上，引入比例-积分控制环节来对虚拟同步发电机进行控制，然而这种控制方式仍然存在较大的频率误差，导致控制精度较低。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种虚拟同步发电机的控制方法、装置及系统，以实现虚拟同步发电机处于孤岛运行状态时，减少频率误差，提高控制精度。
为此，本发明解决技术问题的技术方案是：
本发明实施例提供了一种虚拟同步发电机的控制方法，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。
可选的，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-ωref，m1、a0和δ0为给定参数，ωref为参考角频率的给定值。
可选的，所述输出角频率对应的状态变量的估计值z1为：
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，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd为阻尼系数，ωgrid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。
可选的，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。
可选的，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)-[Pref-Pg-kd×(z1-ωgrid)]；
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，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd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，ωgrid为电网侧的角频率的实际值。
本发明提供了一种虚拟同步发电机的控制装置，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。
可选的，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-ωref，m1、a0和δ0为给定参数，ωref为参考角频率的给定值。
可选的，所述输出角频率对应的状态变量的估计值z1为：
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，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd为阻尼系数，ωgrid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。
可选的，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。
可选的，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)-[Pref-Pg-kd×(z1-ωgrid)]；
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，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd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，ωgrid为电网侧的角频率的实际值。
通过上述技术方案可知，本发明实施例中，在孤岛运行状态时，利用跟踪微分器对虚拟同步发电机的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。
可见，与传统的有功-频率控制方式相比，本发明是一种基于自抗扰的无频差控制方式，具体根据参考角频率与实际角频率的误差反馈来进行控制，将负荷的变化看成是对系统的扰动，通过扩张状态观测器将该扰动估计出来，并通过自抗扰的无频差控制方式的前馈补偿实现有效控制，而且由于存在过渡过程，因此能够减少频率误差，提高控制精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种虚拟同步发电机的结构示意图；
图2为一种虚拟同步发电机的有功-频率控制算法示意图；
图3为本发明提供的一种方法实施例的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种控制方法的示意图；
图5a、图5b和图5c为本发明实施例提供的仿真实验结果。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
随着电网规模的不断扩大，以及传统能源供应的日益紧张，为满足用户多样化供电需求，含有分布式电源的微电网应运而生。由于分布式电源的输出大多都为直流，因此需要通过并网逆变器接入配电网，借鉴传统电力系统的运行经验，使得并网逆变器具有同步发电机的外特性，能够提高微电网的运行性能，并且方便地将一些传统电网的运行控制策略移植到微电网中，这种并网逆变器被称之为虚拟同步发电机。
如图1所示，为虚拟同步发电机的基本结构示意图。图1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；I1～I6是六个绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor,英文简称IGBT)开关；ea、eb和ec是输出的三相交流电；R是虚拟同步发电机的滤波电阻、L是滤波电感、C是滤波电容；ia、ib和ic是滤波电感的三相输出电流；uoa、uob和uoc是滤波电容的三相输出电压，KM是一组开关；Ioabc是流向公共母线的三相电流；uoa，uob和uoc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(A相、B相和C相)的三相电压。
图1中，中央控制器给出的有功参考频率的给定值Pref，无功参考频率的给定值Qref，以及参考电压d给定值Eref，通过有功-频率控制(P-f控制)得到相位θ，通过无功-电压控制(Q-U控制)得到E，并将得到的相位θ和E通过三相正弦波发生器后得到三相电压ua、ub和uc；三相电压ua、ub和uc经dq变换后得到ud,uq，ud,uq在通过虚拟阻抗后得到输出电压参考值Vod.ref,Voq.ref，并把它作为电压电流双环控制的输入。经电压电流双环控制后得到虚拟同步发电机的控制电压va、vb和vc，最后，控制电压经脉冲宽度调制(PWM)发生器来控制虚拟同步发电机的六个IGBT开关的开通与关断。具体的，PWM发生器可以通过产生的方波实现对六个IGBT开关的开通与关断的控制。
需要说明的是，图1是虚拟同步发电机的一种基本结构示意图，本申请实施例中的虚拟同步发电机也可以采用其他结构，对此并不加以限定。
在正常情况下，虚拟同步发电机和配电网并网运行，当配电网发生故障或者电能质量不满足符合要求等情况时，虚拟同步发电机能够快速、主动地断开与配电网之间的连接，过渡到孤岛运行状态。
当虚拟同步发电机处于孤岛运行状态时,为了实现对虚拟同步发电机的无频差调节，在一种现有技术中，在下垂控制的基础上，引入比例-积分控制环节来对虚拟同步发电机进行有功-频率控制，具体实现过程如下。
由于旋转惯性是同步发电机对于电力系统稳定性尤为重要的一点，因此同步发电机的频率不会在很短的时间内发生突变。通过在控制上模拟同步发电机的转子运动方程，使虚拟同步发电机具有类似同步发电机的旋转惯性，可得虚拟同步发电机的有功-频率控制方程为：
公式中，H是虚拟同步发电机中引入的虚拟惯性时间常数；ω是A相调制波的角频率，是A相调制波的初相角，θ即A相调制波的相位；Pref为虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值；Pg为电网侧的有功功率的实际值；ωref为参考角频率的给定值；ωgrid为电网侧的角频率的实际值；ω为虚拟同步发电机输出角频率的实际值；Kd为阻尼系数；Dp为频率下垂系数；s为拉布拉斯变换中的参数。
根据上述公式可得虚拟同步发电机的有功-频率控制算法如图2所示，通过该算法可以实现对虚拟同步发电机的有功-频率控制，得到A相调制波的相位θ，并依据θ得到虚拟同步发电机的控制电压。利用该控制电压去控制虚拟同步发电机，从而实现对虚拟同步发电机的频率的调节。
上述在下垂控制的基础上，引入了比例-积分控制环节来实现频率的调节的方式，在系统稳定后，频率误差虽减小了但仍然不足，控制精度还有待改善。
对于上述缺点，本发明提出了一种无差频的有功-频率控制算法，即在传统的下垂控制的基础上，引入自抗扰的无频差控制方式，以减少虚拟同步发电机在孤网模式下的频率误差，提高控制精度。
自抗扰的无频差控制方式是一种基于误差反馈的控制方法，通过对给定信号与实际信号的误差来进行处理，以施加控制达到消除误差的目的。该控制方法具有对受控对象数学模型的依赖性低，对参数不敏感，跟踪效果好，结构和算法简单，控制精度高等优点。
接下来，将对本发明的控制方法展开介绍。
如图3所示，为本发明实施例提供的一种虚拟同步发电机的控制方法实施例的流程示意图，本发明实施例建立的一阶自抗扰控制器由三部分组成：跟踪微分器TD、扩张状态观测器ESO和非线性误差反馈控制律NLSEF。
本实施例的方法用于孤岛运行状态，包括：
S301：获取虚拟同步发电机的参考角频率的给定值。
获取虚拟同步发电机的参考角频率的给定值ωref。
S302：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。
为了降低起始误差，可以对参考角频率的给定值ωref安排过渡过程，获得所述参考角频率的估计值v1。图4中，跟踪微分器TD用于安排过渡过程：
其中，v1为所述参考角频率的估计值，fal(e,a0,δ0)为最优控制函数，具体表达式为：
m1、a0和δ0为给定参数，ωref为参考角频率的给定值。
S303：利用扩张状态观测器ESO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。
扩张状态观测器ESO是一个动态系统，根据量测到的系统输入(控制量)和系统输出(部分状态变量或状态变量的函数)来确定系统所有内部状态信息。
在本发明实施例中，可以构造扩张状态观测器ESO为：
其中，z1为输出角频率对应的状态变量的估计值，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，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd为阻尼系数，ωgrid为电网侧的角频率的实际值，β1为给定参数。fal(e1,a1,δ1)为最优控制函数，具体表达式为：
e1为所述状态变量误差，β2、a1和δ1为给定参数；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。
S304：利用非线性误差反馈控制律NLSEF，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。
具体的，可以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。
例如，可以构造非线性误差反馈控制律NLSEF为：
其中，u0为所述误差反馈控制量，fal(e2,a2,δ2)为最优控制函数，具体表达式为：
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；Δu为所述目标控制量；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，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd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，ωgrid为电网侧的角频率的实际值。
从NLSEF的表达式可以看出，NLSEF只与系统的给定输入和输出有关，对受控对象数学模型的依赖性低，对参数不敏感。
S305：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。
与传统有功-频率控制器相比，基于自抗扰的无频差控制器是一种基于参考角频率与实际角频率的误差反馈来进行控制，将负荷的变化看成是对系统的扰动，通过扩张状态观测器将该扰动估计出来，并通过自抗绕控制器的前馈补偿实现有效控制，达到消除角频率误差的目的。由于跟踪微分器的过渡过程，因此能够减少频率误差，提高控制精度。并且对负荷的变化体现出很好的鲁棒性。
下面说明本发明实施例提供的方法的仿真实验。
虚拟同步发电机的结构如图1所示，并且处于孤岛状态时，开关KM断开，虚拟同步发电机经过阻抗向本地负荷供电。建立基于PSCAD的系统仿真模型来验证本发明实施例所述方法的正确性和可行性。主电路的仿真参数为：直流侧电压1kv(千伏)，额定功率10kW(千瓦),负荷额定电压380V(伏)，开关频率50kHz(千赫兹)，滤波电感4mH(毫亨)，滤波电容74μF(微法)，额定频率50Hz(赫兹)。
虚拟同步发电机在初始时刻的负荷为1kW，在时间t＝5s(秒)时，负荷增加投入5kW。在有功负荷发生阶跃的情况下，虚拟同步发电机的有功变化、角频率变化、频率变化分别如图5a、图5b和图5c所示。由图5a、图5b和图5c可知，虚拟同步发电机在t＝5s时负荷的有功功率从1kW突变至5kW，虚拟同步发电机的负荷曲线过度过程平缓，频率有所降低，角频率最大偏移不超过0.5rad(弧度制单位)。在经历短暂的0.2s波动之后，角频率的偏移量恢复至0，频率也能够稳定在50Hz。因此，本发明实施例提供的控制方法能够在负荷阶跃的情况下进行无差调频。基于类似地仿真实验，可以证明本发明实施例提供的控制方法能够在负荷冲击的情况下，和负荷随机波动的情况下进行无差调频。
针对虚拟同步发电机处于孤岛状态时，基于下垂控制的传统有功-频率控制算法存在着频率偏差问题，本发明引入自抗扰控制技术的一阶控制方法，设计了一种基于自抗扰技术的虚拟机无差调频控制方法。所述控制方法能够有效抵御负荷阶跃，冲击，在一定范围内随机波动而引起的频率变化，使系统的频率处于额定的稳定运行状态，切实达到无差调频的效果。
对应上述方法实施例，本发明还提高了相应的装置实施例，下面具体说明。
本发明提供了一种虚拟同步发电机的控制装置，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。
可选的，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-ωref，m1、a0和δ0为给定参数，ωref为参考角频率的给定值。
可选的，所述输出角频率对应的状态变量的估计值z1为：
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，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd为阻尼系数，ωgrid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。
可选的，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。
可选的，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)-[Pref-Pg-kd×(z1-ωgrid)]；
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，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd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，ωgrid为电网侧的角频率的实际值。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
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；
其中，所述输出角频率对应的状态变量的估计值z1为：
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，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd为阻尼系数，ωgrid为电网侧的角频率的实际值，β1为给定参数。
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-ωref，m1、a0和δ0为给定参数，ωref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。
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)-[Pref-Pg-kd×(z1-ωgrid)]；
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，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd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，ωgrid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；
其中，所述输出角频率对应的状态变量的估计值z1为：
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，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd为阻尼系数，ωgrid为电网侧的角频率的实际值，β1为给定参数。
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-ωref，m1、a0和δ0为给定参数，ωref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)-[Pref-Pg-kd×(z1-ωgrid)]；
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，Pref为所述虚拟同步发电机的有功参考频率的给定值，Pg为电网侧的有功功率的实际值，kd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，ωgrid为电网侧的角频率的实际值。
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