CN109672192A - 一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法。该法包括：将系统实时扰动总量带入预先建立的负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器，进行计算，得到系统扰动估计值；将所述系统扰动估计值作为有功控制中虚拟转矩的补偿项对虚拟转矩进行补偿。本发明提供的技术方案将扩张状态观测器应用于控制策略的设计中，通过扩张状态观测器进行观测，并将观测值作为虚拟转矩进行补偿，提高系统的抗扰动能力，使其持续稳定地输出电压与功率。

Description

一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法和系统

技术领域

本发明涉及微电网负荷侧整流器的控制技术领域，具体涉及一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法。

背景技术

电力电子装备由于其控制的灵活性而被广泛应用于配电网中。但由于电力电子装备的快速性，其大量应用造成配电网“惯量”缺失，使得配电网运行的稳定性下降。虚拟同步机技术由此被提了出来。

受启发于同步发电机，虚拟同步机技术将同步发电机的机械方程与电磁方程应用于控制策略的设计中，使得电力电子装备能够模拟同步发电机的外特性，为配电网注入一定的“惯量”。采用虚拟同步机技术的电源与负荷，稳态时能够参与电网的调整，实现电网能量的供需平衡；暂态时能利用自身惯量阻尼系统电压和频率的快速变化，为电网的下一步调整争取时间。按照应用场景的不同，一般将虚拟同步机技术分为虚拟同步发电机技术与虚拟同步电动机技术。虚拟同步发电机技术应用于网侧，主要用于对并网逆变器的控制；虚拟同步电动机技术应用于负荷侧，通过整流器实现负荷与配电网的连接。随着配电网的发展，仅靠网侧调控已不能满足要求。因此研究人员将研究焦点转移至负荷侧。

三相电压型PWM整流器是可控负荷接入配电网的主要装置类型，以其功率双向流动、单位功率因数运行、低输入电流谐波含量、输出电压和功率可控等诸多优点，在变频调速、不间断电源、电动汽车等领域获得了广泛的应用。传统控制方式只考虑负荷侧而不考虑电网侧，即使在电网出现电压下降等故障时负荷仍向电网吸收功率，使得电网的电能质量进一步恶化。负荷虚拟同步机技术能够根据电网的状态实时调整负荷吸收功率的速率，在满足负荷正常运行的同时能够实时响应电网的状态，支撑电网的稳定运行。但负荷侧虚拟同步机同样存在运行不稳定的问题，会出现电压振荡等现象。

发明内容

针对于负荷侧虚拟同步机技术在受到负载等扰动时出现功率、电压振荡等的不稳定问题，本发明提供了一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法和系统控制策略，该方法能够将系统受到的负载等扰动视为总扰动，通过扩张状态观测器进行观测，并将观测值作为补偿对虚拟转矩进行补偿，提高系统的抗扰动能力，使得系统在受到扰动时能够自主调整电压，保持输出稳定的电压与功率。

本发明提供的技术方案是：

一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，包括：

将系统实时扰动总量带入预先建立的负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器，进行计算，得到系统扰动估计值；

将所述系统扰动估计值作为有功控制中虚拟转矩的补偿项对虚拟转矩进行补偿。

优选的，所述扩张状态观测器的建立，包括：

基于系统实时扰动总量，将负荷虚拟同步装置的机械运动方程改写为包含扰动项的机械运动方程组；

根据非线性系统的标准形式与所述包含扰动项的机械运动方程组，得到参数矩阵；

将所述参数矩阵带入扩张状态观测器标准形式，得到负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器表达式。

进一步的，所述负荷虚拟同步装置的机械运动方程如下式：

其中，J为虚拟同步机的转动惯量，ω为机械角速度，ω_n为额定角速度，T_e为电磁转矩，T_m为机械转矩，D_p为阻尼系数。

进一步的，所述包含扰动项的机械运动方程组如下式：

其中，x₁＝ω，x₂为扰动项，w(t)为系统受到的实时扰动总量。

进一步的，所述负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器表达式如下式：

其中，e为扩张状态观测器跟踪误差，为扩张状态观测器的n维状态变量，z₁为对机械角速度ω的估计值，z₂为系统扰动估计值，β₀₁与β₀₂均为设定的扩张状态观测器控制参数，fal(e,α,δ)为自抗扰滤波函数，α、δ均为设定参数。

进一步的，所述自抗扰滤波函数fal(e,α,δ)的表达式如下：

优选的，所述将系统扰动估计值作为有功控制中虚拟转矩的补偿项对虚拟转矩进行补偿，包括：

根据采集的有功功率实际值和所述系统扰动估计值，计算得到修正后的电磁转矩。

进一步的，所述修正后的电磁转矩的计算式如下：

其中，T′_e为修正后的电磁转矩，P_e为采集的有功功率实际值，z₂为系统扰动估计值，ω为机械角速度，ω_n为额定角速度。

进一步的，所述根据采集的有功功率实际值和所述系统扰动估计值，计算得到修正后的电磁转矩之前，还包括：

将有功功率设定值和所述采集的有功功率实际值之差送入PI控制器，得到机械功率参考值；

基于负荷虚拟同步装置的角速度和所述机械功率参考值，计算修正后的机械转矩。

进一步的，所述修正后的机械转矩的计算式如下：

其中，P_m为机械功率参考值，T′_m为修正后的机械转矩，ω为机械角速度，ω_n为额定角速度。

进一步的，所述机械功率参考值P_m的计算式如下：

P_m＝(P_set-P_e)G(s)

其中，P_set为有功功率给定值，P_e为有功功率实际值，G(s)为PI控制器的传递函数。

进一步的，所述根据采集的有功功率实际值和所述系统扰动估计值，计算得到修正后的电磁转矩之后，还包括：

根据负荷虚拟同步装置参数、所述修正后的电磁转矩和所述修正后的机械转矩，得到并网电压相位参考值；

根据所述并网电压相位参考值和所述负荷虚拟同步装置无功控制得到的负荷虚拟同步机电动势有效值，经调制环节得到三相调制整流波，并由三相调制整流波驱动开关管后得到整流后的直流电压，实现对系统电压的控制。

进一步的，所述并网电压相位参考值的计算式如下：

其中，T′_e为修正后的电磁转矩，T′_m为修正后的机械转矩，D_p为阻尼系数，ω为机械角速度，ω_n为额定角速度，θ为并网电压相位参考值。

一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制系统，所述系统包括：扩张状态观测器模块、计算模块和控制模块；

所述扩张状态观测器模块，用于根据负荷虚拟同步装置的机械运动方程和系统扰动实时量，得到所述负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器表达式；

所述计算模块，用于基于所述负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器表达式计算得到系统扰动估计值；

所述控制模块，用于将所述系统扰动估计值作为有功控制中虚拟转矩的补偿项对虚拟转矩进行补偿，并结合常规无功控制实现对系统电压的控制。

进一步的，所述控制模块包括：有功控制单元、无功控制单元和调整单元；

所述有功控制单元，用于建立混有扩张状态观测器的负荷虚拟同步装置的有功控制策略，并将所述系统扰动估计值代入混有扩张状态观测器的负荷虚拟同步装置的有功控制策略中，基于设定的有功功率值和无功功率值，得到并网电压相位参考值；

所述无功控制单元，用于根据常规负荷侧虚拟同步机无功控制策略得到的负荷虚拟同步机电动势有效值；

所述调整单元，用于将常规负荷侧虚拟同步机无功控制策略得到的负荷虚拟同步机电动势有效值和所述并网电压相位参考值，经调制环节得到三相调制整流波，并由三相调制整流波驱动开关管后得到整流后的直流电压，实现对系统电压的控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，将系统实时扰动总量带入预先建立的负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器，进行计算，得到系统扰动估计值；将所述系统扰动估计值作为有功控制中虚拟转矩的补偿项对虚拟转矩进行补偿。本发明提供的技术方案通过将系统所受到的负荷等扰动视为总扰动，利用扩张状态观测器对总扰动进行观测，并将观测值作为虚拟转矩的补偿值进行补偿。

本发明提供的技术方案可提高负荷侧虚拟同步机的抗扰动能力，使其持续稳定地输出电压与功率，快速响应与支撑电网。

附图说明

图1为本发明的一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法实施流程图；

图2为本发明实施例的三相电压型PWM整流器拓扑图；

图3为本发明实施例的常规有功环控制框图；

图4为本发明实施例的混合扩张状态观测器的有功环控制框图；

图5为本发明实施例的一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法总体控制框图；

图6为本发明的一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制系统结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明作进一步详细说明。

本专利设计了一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法和系统控制策略。通过将系统所受到的负荷等扰动视为总扰动，利用扩张状态观测器对总扰动进行观测，并将观测值作为虚拟转矩的补偿值进行补偿，从而提高负荷侧虚拟同步机的抗扰动能力，使其持续稳定地输出电压与功率，快速响应与支撑电网。

实施例1：

本发明实施例提供的一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，其实施流程图如图1所示，包括：

S101：将系统实时扰动总量带入预先建立的负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器，进行计算，得到系统扰动估计值；

S102：将所述系统扰动估计值作为有功控制中虚拟转矩的补偿项对虚拟转矩进行补偿。

具体的，步骤S101，将系统实时扰动总量带入预先建立的负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器，进行计算，得到系统扰动估计值，具体实施过程包括：

步骤S101-1，基于系统实时扰动总量，将负荷虚拟同步装置的机械运动方程改写为包含扰动项的机械运动方程组，具体包括：

同步电动机的机械运动方程可以表示为：

式中，J为虚拟同步机的转动惯量，ω、ω_n分别为机械角速度与额定角速度，T_e为电磁转矩，T_m为机械转矩，D_p为阻尼系数；

令x₁＝ω，并令扰动项为x₂，所以有

式中，w(t)为系统受到的扰动总和的实时作用量；

步骤S101-2，根据非线性系统的标准形式与所述包含扰动项的机械运动方程组，得到参数矩阵，具体包括：

根据式(2)将非线性系统的标准形式

展开得到下式：

将式(4)写成矩阵形式，有：

式(5)变化可得：

对比式(3)和式(6)可得：C＝[1 0]；

步骤S101-3，将所述参数矩阵带入扩张状态观测器标准形式，得到负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器表达式，具体包括：

扩张状态观测器标准形式为：

根据步骤S101-2得到的参数矩阵，将上式(7)展开为矩阵形式，得到：

式(8)改写为方程组形式，得到：

上式即为针对负荷侧虚拟同步机设计的扩张状态观测器。

为了提高扩张状态观测器的状态跟踪效率，使用了fal函数，如下式所示。

式中e为扩张状态观测器跟踪误差，α、δ均为所选参数。则扩张状态观测器表达式重写为：

式中β₀₁与β₀₂均为所选定的扩张状态观测器控制参数，z₂即为对扰动的估计值，将z₂作为虚拟转矩补偿项进行补偿，可使得虚拟同步装置能够主动支撑电网，为电网的安全可靠运行提供保障。

具体的，步骤S102，将所述系统扰动估计值作为有功控制中虚拟转矩的补偿项对虚拟转矩进行补偿，具体实施步骤包括：

步骤S102-1，将有功功率设定值和所述采集的有功功率实际值之差送入PI控制器，得到机械功率参考值，计算式为：

P_m＝(P_set-P_e)G(s) (12)

式中，P_set为有功功率给定值，P_e为有功功率实际值，G(s)为PI控制器的传递函数；

步骤S102-2，基于负荷虚拟同步装置的角速度和所述机械功率参考值，计算修正后的机械转矩，计算式为：

式中，P_m为机械功率参考值，T′_m为修正后的机械转矩，ω为机械角速度，ω_n为额定角速度；

步骤S102-3，根据采集的有功功率实际值和所述系统扰动估计值，计算得到修正后的电磁转矩，计算式如下：

式中，T′_e为修正后的电磁转矩，P_e为采集的有功功率实际值，z₂为系统扰动估计值，ω为机械角速度，ω_n为额定角速度；

步骤S102-4，根据负荷虚拟同步装置参数、所述修正后的电磁转矩和所述修正后的机械转矩，得到并网电压相位参考值，计算式如下：

式中，为修正后的电磁转矩，T′_m为修正后的机械转矩，D_p为阻尼系数，ω为机械角速度，ω_n为额定角速度，θ为并网电压相位参考值；

步骤S102-5，根据所述并网电压相位参考值和所述负荷虚拟同步装置无功控制得到的负荷虚拟同步机电动势有效值，经调制环节得到三相调制整流波，并由三相调制整流波驱动开关管后得到整流后的直流电压，实现对系统电压的控制，具体步骤如下：

步骤S102-5-1，无功环采用常规负荷侧虚拟同步机无功环控制策略。

式中E_m为负荷虚拟同步机电动势有效值，U_o为输出电压有效值，U_N为额定电压有效值，Q_set为无功功率给定，Q_e为整流器输出实际无功功率，D_q为下垂系数，K为励磁回路的惯性系数。为了获得单位功率因数，设置无功功率参考值为0；

步骤S102-5-2，负荷虚拟同步机的有功环输出为整流器调制波的频率，无功环的输出为整流器调制波的幅值，则三相调制波e_am、e_bm和e_cm的表达式为：

步骤S102-5-3，三相调制波与PWM调制器的载波交截，得到三相整流桥六只开关管的驱动信号PWM波，驱动开关管后得到整流后的直流电压。

实施例2：

本实施例针对如图2所示的三相电压型PWM整流器拓扑来说明发明实施过程。图中v_a、v_b、v_c分别为电源侧输入三相电压，R_s与L_s分别为等效线路阻抗，i_a、i_b、i_c分别为三相输入电流，Q₁～Q₆为开关管，C为直流侧滤波电容，R为负载，V_DC为直流侧输出电压。三相电压型PWM整理器以功率双向流动、单位功率因数运行、低输入电流谐波含量、输出电压和功率可控等诸多优点而得到了广泛的应用。

图3为常规有功环控制框图。将有功功率的给定值P_set和实际值P_e之差送入PI控制器，产生虚拟机械转矩T_m，D_p为阻尼系数，通过引入转子运动方程，有功环得出并网电压相位参考值θ，具体为：

其中，P_set为有功功率给定值，P_e为有功功率实际值，G(s)为PI控制器的传递函数，P_m为机械功率参考值，T_m为机械转矩参考值，θ为转子的机械角度。

将所设计的扩张状态观测器加入图3。扩张状态观测器以虚拟转速ω为输入，以对虚拟转速ω的估计值z₁与对扰动的估计值z₂为输出，z₂作为补偿值对转矩T_e进行补偿，具体为：

具有电压自主治理能力的有功环控制框图如图4所示。

如图5所示为一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法和系统总体控制框图。其中有功环采用本发明设计的混合扩张状态观测器的控制策略。扩张状态观测器以虚拟转速ω为输入，以对虚拟转速ω的估计值z₁与对扰动的估计值z₂为输出，z₂作为补偿值对转矩T_e进行补偿。通过将系统所受到的负荷等扰动视为总扰动，利用扩张状态观测器对总扰动进行观测，并将观测值作为虚拟转矩的补偿值进行补偿，从而提高负荷侧虚拟同步机的抗扰动能力，使其持续稳定地输出电压与功率。

无功环采用常规负荷侧虚拟同步机无功环控制策略。

式中E_m为负荷虚拟同步机电动势有效值，U_o为输出电压有效值，U_N为额定电压有效值，Q_set为无功功率给定，Q_e为整流器输出实际无功功率，D_q为下垂系数，K为励磁回路的惯性系数。为了获得单位功率因数，设置无功功率参考值为0；

步骤S102-5-2，负荷虚拟同步机的有功环输出为整流器调制波的频率，无功环的输出为整流器调制波的幅值，则三相调制波e_am、e_bm和e_cm的表达式为：

步骤S102-5-3，三相调制波与PWM调制器的载波交截，得到三相整流桥六只开关管的驱动信号PWM波，驱动开关管后得到整流后的直流电压。

实施例3：

基于同一发明构思，本发明还提供一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制系统，所述系统包括：扩张状态观测器模块、计算模块和控制模块；

所述扩张状态观测器模块，用于根据负荷虚拟同步装置的机械运动方程和系统扰动实时量，得到所述负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器表达式；

所述计算模块，用于基于所述负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器表达式计算得到系统扰动估计值；

所述控制模块，用于将所述系统扰动估计值作为有功控制中虚拟转矩的补偿项对虚拟转矩进行补偿，并结合常规无功控制实现对系统电压的控制。

所述控制模块包括：有功控制单元、无功控制单元和调整单元；

所述有功控制单元，用于建立混有扩张状态观测器的负荷虚拟同步装置的有功控制策略，并将所述系统扰动估计值代入混有扩张状态观测器的负荷虚拟同步装置的有功控制策略中，基于设定的有功功率值和无功功率值，得到并网电压相位参考值；

所述无功控制单元，用于根据常规负荷侧虚拟同步机无功控制策略得到的负荷虚拟同步机电动势有效值；

所述调整单元，用于将常规负荷侧虚拟同步机无功控制策略得到的负荷虚拟同步机电动势有效值和所述并网电压相位参考值，经调制环节得到三相调制整流波，并由三相调制整流波驱动开关管后得到整流后的直流电压，实现对系统电压的控制。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (15)

1.一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，其特征在于，包括：

将系统实时扰动总量带入预先建立的负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器，进行计算，得到系统扰动估计值；

将所述系统扰动估计值作为有功控制中虚拟转矩的补偿项对虚拟转矩进行补偿。

2.根据权利要求1所述的主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，其特征在于，所述扩张状态观测器的建立，包括：

基于系统实时扰动总量，将负荷虚拟同步装置的机械运动方程改写为包含扰动项的机械运动方程组；

根据非线性系统的标准形式与所述包含扰动项的机械运动方程组，得到参数矩阵；

将所述参数矩阵带入扩张状态观测器标准形式，得到负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器表达式。

3.根据权利要求2所述的主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，其特征在于，所述负荷虚拟同步装置的机械运动方程如下式：

其中，J为虚拟同步机的转动惯量，ω为机械角速度，ω_n为额定角速度，T_e为电磁转矩，T_m为机械转矩，D_p为阻尼系数。

4.根据权利要求3所述的主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，其特征在于，所述包含扰动项的机械运动方程组如下式：

其中，x₁＝ω，x₂为扰动项，w(t)为系统受到的实时扰动总量。

5.根据权利要求4所述的主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，其特征在于，所述负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器表达式如下式：

其中，e为扩张状态观测器跟踪误差，为扩张状态观测器的n维状态变量，z₁为对机械角速度ω的估计值，z₂为系统扰动估计值，β₀₁与β₀₂均为设定的扩张状态观测器控制参数，fal(e,α,δ)为自抗扰滤波函数，α、δ均为设定参数。

6.根据权利要求5所述的主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，其特征在于，所述自抗扰滤波函数fal(e,α,δ)的表达式如下：

7.根据权利要求1所述的主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，其特征在于，所述将系统扰动估计值作为有功控制中虚拟转矩的补偿项对虚拟转矩进行补偿，包括：

根据采集的有功功率实际值和所述系统扰动估计值，计算得到修正后的电磁转矩。

8.根据权利要求7所述的主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，其特征在于，所述修正后的电磁转矩的计算式如下：

其中，T′_e为修正后的电磁转矩，P_e为采集的有功功率实际值，z₂为系统扰动估计值，ω为机械角速度，ω_n为额定角速度。

9.根据权利要求7所述的主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，其特征在于，所述根据采集的有功功率实际值和所述系统扰动估计值，计算得到修正后的电磁转矩之前，还包括：

将有功功率设定值和所述采集的有功功率实际值之差送入PI控制器，得到机械功率参考值；

基于负荷虚拟同步装置的角速度和所述机械功率参考值，计算修正后的机械转矩。

10.根据权利要求9所述的主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，其特征在于，所述修正后的机械转矩的计算式如下：

其中，P_m为机械功率参考值，T′_m为修正后的机械转矩，ω为机械角速度，ω_n为额定角速度。

11.根据权利要求10所述的主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，其特征在于，所述机械功率参考值P_m的计算式如下：

P_m＝(P_set-P_e)G(s)

其中，P_set为有功功率给定值，P_e为有功功率实际值，G(s)为PI控制器的传递函数。

12.根据权利要求7所述的主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，其特征在于，所述根据采集的有功功率实际值和所述系统扰动估计值，计算得到修正后的电磁转矩之后，还包括：

根据负荷虚拟同步装置参数、所述修正后的电磁转矩和所述修正后的机械转矩，得到并网电压相位参考值；

根据所述并网电压相位参考值和所述负荷虚拟同步装置无功控制得到的负荷虚拟同步机电动势有效值，经调制环节得到三相调制整流波，并由三相调制整流波驱动开关管后得到整流后的直流电压，实现对系统电压的控制。

13.根据权利要求12所述的主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法，其特征在于，所述并网电压相位参考值的计算式如下：

其中，T′_e为修正后的电磁转矩，T′_m为修正后的机械转矩，D_p为阻尼系数，ω为机械角速度，ω_n为额定角速度，θ为并网电压相位参考值。

14.一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制系统，所述系统包括：扩张状态观测器模块、计算模块和控制模块；

所述扩张状态观测器模块，用于根据负荷虚拟同步装置的机械运动方程和系统扰动实时量，得到所述负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器表达式；

所述计算模块，用于基于所述负荷虚拟同步装置的扩张状态观测器表达式计算得到系统扰动估计值；

所述控制模块，用于将所述系统扰动估计值作为有功控制中虚拟转矩的补偿项对虚拟转矩进行补偿，并结合常规无功控制实现对系统电压的控制。

15.如权利要求14所述的主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制系统，其特征在于，所述控制模块包括：有功控制单元、无功控制单元和调整单元；

所述有功控制单元，用于建立混有扩张状态观测器的负荷虚拟同步装置的有功控制策略，并将所述系统扰动估计值代入混有扩张状态观测器的负荷虚拟同步装置的有功控制策略中，基于设定的有功功率值和无功功率值，得到并网电压相位参考值；

所述无功控制单元，用于根据常规负荷侧虚拟同步机无功控制策略得到的负荷虚拟同步机电动势有效值；

所述调整单元，用于将常规负荷侧虚拟同步机无功控制策略得到的负荷虚拟同步机电动势有效值和所述并网电压相位参考值，经调制环节得到三相调制整流波，并由三相调制整流波驱动开关管后得到整流后的直流电压，实现对系统电压的控制。