CN114021513B - 单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制方法 - Google Patents

单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制方法 Download PDF

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CN114021513B CN202111382827.XA CN202111382827A CN114021513B CN 114021513 B CN114021513 B CN 114021513B CN 202111382827 A CN202111382827 A CN 202111382827A CN 114021513 B CN114021513 B CN 114021513B
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Abstract

本发明提出一种单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制方法，包括步骤1、基于非线性虚拟振荡器的单相变流器系统建模；步骤2、采用级联方式将非线性虚拟振荡器、单相变流器主拓扑和滤波器构成一个单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统；步骤3、构建所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的期望能量函数，得到所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统原本的能量函数与所述期望能量函数之间的差值能量函数；步骤4、构建互联矩阵和阻尼矩阵，得到基于能量成型的非线性虚拟振荡器的控制率。上述方法能有效的建立非线性虚拟振荡器中的能量函数，实现新能源大规模接入电力系统下的变流器控制。

Description

单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制方法
技术领域
本发明涉及一种单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制方法。
背景技术
中国作为世界能源生产和消费的第一大国，经济建设已进入高速发展阶段，电力需求总量也随之持续攀升，使得传统能源短缺和环境污染的问题日益严峻，而采用新能源是一种行之有效的解决方案。随着新能源的开采利用与现代电力电子技术的发展，使用特种电源供电的场合越来越多。在分布式发电领域，由于新能源发电的多样性逐渐增加，大规模的光伏电站与风电场等发电设施接入电网，其中逆变电源为这些装备提供了动力，除此之外，逆变电源还起到了功率转换的作用，且对于改善供电质量、提高供电效率与可靠性等方面都具有重要意义。目前，变流器并联技术广泛应用在太阳能光伏发电、微电网技术、UPS供电系统和车载电子等领域，是电力电子理论与电源技术的主要内容。在微电网中，微电网系统是由负载和多个微电源单体组成的联合供电网络系统，变流器是其中主要的电力电子接口单元，多变流器并联技术是微电网协调控制的重要内容，对微电网的系统稳定性与灵活控制起到了重要作用。
虚拟振荡器控制(VOC)是一种用于孤岛微电网的分散控制策略，其中变流器模拟弱非线性振荡器的动态特性来进行调节。与仅在正弦稳态下效果比较良好的下垂控制相比，VOC是一种时域控制器，使互联变流器能够将任意初始条件稳定在同步正弦极限周期内。
近年来，随着非线性控制理论的发展，基于端口受控哈密顿PC(Port-ControlledHamilton)系统原理的能量成型控制引起了学者们的关注，它是一种基于无源性理论的非线性鲁棒控制方法，最早应用于机器人运动控制，后来在电力电子系统等领域获得了成功应用。此方法是一种利用系统的能量特性进行控制的非线性化控制方法。该方法把系统看作是多端口的能量转换装置，通过充分了解系统动态特性，建立系统PCH模型，依靠互联和阻尼配置，向端口注入能量使系统稳定在期望平衡点，简化了控制器的设计，并使系统稳定性分析更加容易。目前能量成型在电机驱动、风力发电、变流器并网控制等领域都取得了不错的成果。因此，考虑针对虚拟振荡器控制(VOC)的多端口进行建模分析，可有效提高VOC的控制效率。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本申请提出了一种单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制方法，以便能够更好的适应现代电力系统新能源大规模接入的需求，上述方法能够从能量的角度出发，对系统进行分析，通过此方法设计的控制率具有更加清晰的结构和明确的物理意义，能够有效的建立非线性虚拟振荡器中的能量函数，实现新能源大规模接入电力系统下的变流器控制。
为了实现上述目的，本申请提出了一种单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制方法，包括以下步骤：
步骤1、基于非线性虚拟振荡器的单相变流器系统建模，其中包括非线性虚拟振荡器Hamilton建模、单相变流器主拓扑的建模以及滤波器的Hamilton建模；
步骤2、采用级联方式将非线性虚拟振荡器、单相变流器主拓扑和滤波器构成一个单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统；
步骤3、构建所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的期望能量函数，得到所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统原本的能量函数与所述期望能量函数之间的差值能量函数；
步骤4、构建互联矩阵和阻尼矩阵，得到基于能量成型的非线性虚拟振荡器的控制率。
在一些实施例中，在所述步骤1中，非线性虚拟振荡器Hamilton建模过程如下：在非线性虚拟振荡器的电路模型中，选取状态变量xvoc为电感磁链和电容电量，并进行求导可以得到：
Figure BDA0003366224010000031
其中，L为非线性虚拟振荡器中的电感，C为非线性虚拟振荡器中的电容，iL为非线性虚拟振荡器中电感的电流，uC为非线性虚拟振荡器中电容的电压；
非线性虚拟振荡器系统的储能元件为电感L和电容C，由此建立能量函数为Hvoc，并将该能量函数对状态变量xvoc求导得到
Figure BDA0003366224010000036
Figure BDA0003366224010000032
根据基尔霍夫电流定律KCL和基尔霍夫电压定律KVL，写出非线性虚拟振荡器系统的状态方程：
Figure BDA0003366224010000033
其中σ为非线性虚拟振荡器中的负阻抗参数，iC为非线性虚拟振荡器中的电容电流，i为非线性虚拟振荡器中输入的电流，即从单相变流器输出中采集的电流折算值，i＝Kiif，Ki表示电流折算系数，if表示滤波器的电感电流，F为待求的能量函数；
因此，得到非线性虚拟振荡器Hamilton模型为：
Figure BDA0003366224010000034
其中u1，u2表示非线性虚拟振荡器系统的两个输入量，g1，g2表示非线性虚拟振荡器系统的端口交互矩阵，由非线性虚拟振荡器系统的状态方程可以得到u1，u2和g1，g2：
u1＝i u2＝F
Figure BDA0003366224010000035
在一些实施例中，在所述步骤1中，单相变流器主拓扑的建模过程如下：所述单相变流器采用单相全桥拓扑的结构，使用电压折算系数Ku简化单相变流器的主拓扑模型，得到如下公式：Kuuc＝uo，其中Ku为由非线性虚拟振荡器输出的调制波uc与单相变流器主拓扑输出电压uo的折算值，非线性虚拟振荡器输出的调制波uc也就是非线性虚拟振荡器中电容的电压。
在一些实施例中，在所述步骤1中，滤波器的Hamilton建模过程如下：所述滤波器采用LC结构的滤波器，选取状态变量xLC为电感磁链和电容电量，并进行求导可以得到
Figure BDA0003366224010000041
Figure BDA0003366224010000042
其中Lf为滤波器的电感，Cf为滤波器的电容，if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压；
滤波器系统的储能元件为滤波器的电感Lf和滤波器的电容Cf，由此建立能量函数HLC，将能量函数HLC对状态变量xLC求导可以得到
Figure BDA0003366224010000045
Figure BDA0003366224010000043
根据基尔霍夫电流定律KCL和基尔霍夫电压定律KVL，可以写出LC滤波器系统的状态方程：
Figure BDA0003366224010000044
其中Lf为滤波器的电感，Cf为滤波器的电容，if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压，uo为单相变流器主拓扑输出电压，RL为单相变流器输出端所接负载电阻；
综上得到LC滤波器的端口受控哈密顿模型：
Figure BDA0003366224010000051
其中uLC表示LC滤波器的输入，在此系统中滤波器的输入是单相变流器主拓扑的输出电压uo，gLC表示LC滤波器系统的端口交互矩阵，根据滤波器系统的状态方程确定参数为：uLC＝uo，
Figure BDA0003366224010000052
在一些实施例中，在所述步骤2中，所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统中的储能元件由非线性虚拟振荡器和LC滤波器中的电感和电容组成，则该单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的能量函数为：
Figure BDA0003366224010000053
其中L、C为非线性虚拟振荡器中的电感、电容，iL为通过非线性虚拟振荡器中电感的电流，uC为非线性虚拟振荡器中电容两端的电压；Lf、Cf为LC滤波器的滤波电感和滤波电容，if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压。
在一些实施例中，在所述步骤3中，设计所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的期望能量函数，期望所述系统的能量在额定工作点处达到稳态值，所述期望能量函数Hd为：
Figure BDA0003366224010000054
其中iL为通过非线性虚拟振荡器中电感的电流，uC为非线性虚拟振荡器中电容两端的电压；if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压，
Figure BDA0003366224010000055
分别为对应的参考值；
由此可得所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统原本的能量函数与所述期望能量函数之间的差值能量函数HC及能量变量
Figure BDA0003366224010000061
为：
Figure BDA0003366224010000062
在一些实施例中，在所述步骤4中，所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统原来的结构矩阵Jem和耗散矩阵Rem为：
Figure BDA0003366224010000063
其中σ为非线性虚拟振荡器中的负阻抗参数，RL为单相变流器输出端所接负载电阻；
设计所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的结构矩阵Ja和耗散矩阵Ra为：
Figure BDA0003366224010000064
其中A为控制参数，r为阻尼系数；
综上得出：
Figure BDA0003366224010000065
其中iL为通过非线性虚拟振荡器中电感的电流，uC为非线性虚拟振荡器中电容两端的电压；if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压，
Figure BDA0003366224010000071
分别为对应的参考值，i为从单相变流器输出中采集的电流折算值，uo为单相变流器主拓扑输出电压；
经过推导可得待求的能量函数F，也就是控制率为：
Figure BDA0003366224010000072
其中A为控制参数，
Figure BDA0003366224010000073
本申请的该方案的有益效果在于上述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制方法能够更好的适应现代电力系统新能源大规模接入的需求，上述方法能够从能量的角度出发，对系统进行分析，通过此方法设计的控制率具有更加清晰的结构和明确的物理意义，能够有效的建立非线性虚拟振荡器中的能量函数，实现新能源大规模接入电力系统下的变流器控制。
附图说明
图1示出了实施例中单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统原理示意图。
图2示出了实施例中LC滤波器的电路模型图。
图3示出了实施例中单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统简图。
图4示出了实施例中单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的仿真结构图。
图5示出了实施例中投切负载时单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的电压电流波动图。
图6示出了实施例中单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的频率波动图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步的说明。
本申请所涉及的单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制方法包括以下步骤：
步骤1、基于非线性虚拟振荡器的单相变流器系统建模，其中包括非线性虚拟振荡器Hamilton建模、单相变流器主拓扑的建模以及滤波器的Hamilton建模。
步骤2、采用级联方式将非线性虚拟振荡器、单相变流器主拓扑和滤波器构成一个单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统。
步骤3、构建所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的期望能量函数，得到所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统原本的能量函数与所述期望能量函数之间的差值能量函数。
步骤4、构建互联矩阵和阻尼矩阵，得到基于能量成型的非线性虚拟振荡器的控制率。
具体的，在所述步骤1中，非线性虚拟振荡器Hamilton建模过程如下：
如图1所示，在非线性虚拟振荡器的电路模型中，选取状态变量xvoc为电感磁链和电容电量，并进行求导可以得到：
Figure BDA0003366224010000091
其中，L为非线性虚拟振荡器中的电感，C为非线性虚拟振荡器中的电容，iL为非线性虚拟振荡器中电感的电流，uC为非线性虚拟振荡器中电容的电压。
非线性虚拟振荡器系统的储能元件为电感L和电容C，由此建立能量函数为Hvoc，并将该能量函数对状态变量xvoc求导得到
Figure BDA0003366224010000095
Figure BDA0003366224010000092
根据基尔霍夫电流定律KCL和基尔霍夫电压定律KVL，写出非线性虚拟振荡器系统的状态方程：
Figure BDA0003366224010000093
其中σ为非线性虚拟振荡器中的负阻抗参数，iC为非线性虚拟振荡器中的电容电流，i为非线性虚拟振荡器中输入的电流，即从单相变流器输出中采集的电流折算值，i＝Kiif，Ki表示电流折算系数，if表示滤波器的电感电流，F为待求的能量函数。
因此，得到非线性虚拟振荡器Hamilton模型为：
Figure BDA0003366224010000094
其中u1，u2表示非线性虚拟振荡器系统的两个输入量，g1，g2表示非线性虚拟振荡器系统的端口交互矩阵，由非线性虚拟振荡器系统的状态方程可以得到u1，u2和g1，g2：
ul＝i u2＝F
Figure BDA0003366224010000101
在所述步骤1中，单相变流器主拓扑的建模过程如下：
本申请中的单相变流器采用单相全桥拓扑的结构，由于单相全桥拓扑结构本身存在输出对输入的利用率参数，且基于非线性虚拟振荡器系统输出的调制波对单相变流器系统的输出也存在折算值，由此使用电压折算系数Ku简化本申请中单相变流器的主拓扑模型，得到如下公式：
Kuuc＝uo，其中Ku为由非线性虚拟振荡器输出的调制波uc(也就是非线性虚拟振荡器中电容的电压)与单相变流器主拓扑输出电压uo的折算值。
在所述步骤1中，滤波器的Hamilton建模过程如下：
如图2所示，滤波器采用了LC结构的滤波器，选取状态变量xLC为电感磁链和电容电量，并进行求导可以得到
Figure BDA0003366224010000102
Figure BDA0003366224010000103
其中Lf为滤波器的电感，Cf为滤波器的电容，if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压。
滤波器系统的储能元件为滤波器的电感Lf和滤波器的电容Cf，由此建立能量函数HLC，将能量函数HLC对状态变量xLC求导可以得到
Figure BDA0003366224010000104
Figure BDA0003366224010000111
根据基尔霍夫电流定律KCL和基尔霍夫电压定律KVL，可以写出LC滤波器系统的状态方程：
Figure BDA0003366224010000112
其中Lf为滤波器的电感，Cf为滤波器的电容，if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压，uo为单相变流器主拓扑输出电压，RL为单相变流器输出端所接负载电阻。
综上得到LC滤波器的端口受控哈密顿模型：
Figure BDA0003366224010000113
其中uLC表示LC滤波器的输入，在此系统中滤波器的输入是单相变流器主拓扑的输出电压uo，gLC表示LC滤波器系统的端口交互矩阵，根据滤波器系统的状态方程确定参数为：
uLC＝uo，
Figure BDA0003366224010000114
在所述步骤2中，如图3所示，所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统中的储能元件由非线性虚拟振荡器和LC滤波器中的电感和电容组成，则该单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的能量函数为：
Figure BDA0003366224010000115
其中L、C为非线性虚拟振荡器中的电感、电容，iL为通过非线性虚拟振荡器中电感的电流，uC为非线性虚拟振荡器中电容两端的电压；Lf、Cf为LC滤波器的滤波电感和滤波电容，if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压。
在所述步骤3中，设计所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的期望能量函数，期望所述系统的能量在额定工作点处达到稳态值，所述期望能量函数Hd为：
Figure BDA0003366224010000121
，
其中iL为通过非线性虚拟振荡器中电感的电流，uC为非线性虚拟振荡器中电容两端的电压；if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压，
Figure BDA0003366224010000122
Figure BDA0003366224010000123
分别为对应的参考值。
由此可得所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统原本的能量函数与所述期望能量函数之间的差值能量函数HC及能量变量
Figure BDA0003366224010000124
为：
Figure BDA0003366224010000125
Figure BDA0003366224010000126
在所述步骤4中，由前边的推导可知所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统原来的结构矩阵Jem和耗散矩阵Rem为：
Figure BDA0003366224010000131
其中σ为非线性虚拟振荡器中的负阻抗参数，RL为单相变流器输出端所接负载电阻。
设计所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的结构矩阵Ja和耗散矩阵Ra为：
Figure BDA0003366224010000132
其中A为控制参数，可以在能量匹配方程求解过程中解出来，r为阻尼系数，即某一正常数来描述系统控制能量作用下的新阻耗配置。
综上得出：
Figure BDA0003366224010000133
，
其中iL为通过非线性虚拟振荡器中电感的电流，uC为非线性虚拟振荡器中电容两端的电压；if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压，
Figure BDA0003366224010000134
Figure BDA0003366224010000135
分别为对应的参考值，i为从单相变流器输出中采集的电流折算值，uo为单相变流器主拓扑输出电压。
经过推导可得待求的能量函数F(即控制率)为：
Figure BDA0003366224010000141
其中A为控制参数，
Figure BDA0003366224010000142
通过使用能量函数F能够使所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统原本的能量函数等于所述期望能量函数，从而达到控制的效果。
为验证本申请提出的单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制方法的有效性，采用一个单相电阻负荷测试其自主平衡负荷波动的能力，将它们通过一个断路器相互连接。断路器在开始时处于断开状态，之后闭合投入，一段时间后再断开一次以证明本申请的扰动恢复能力。在图4中，单相变流器由四个开关单元，即IGBT反向并联二极管组成，单相变流器的仿真参数如表1所示，非线性虚拟振荡器的仿真参数如表2所示。为了验证控制效果，本申请使用仿真软件Matlab/Simulink进行建模，并采用微秒级仿真时间步长。
在仿真测试中，所有电容器初始电压设置为0，在t＝1s前，断路器设置属于断开状态，系统中只接入一个单相纯电阻负载，t＝1s时断路器完成闭合动作，将阻性负载接入系统。从图5中可以看出，在阻性负载接入系统前后系统的电流增大，电压降低，呈下垂系统的规律，在此过程中，系统的频率变化如图6所示，波动较小，满足标准50Hz±0.2Hz。
表1单相变流器参数
Figure BDA0003366224010000143
Figure BDA0003366224010000151
表2非线性虚拟振荡器能量成型控制参数
参数名称 参数值
阻尼系数r 0.001
负阻抗参数σ 6.0928
电压系数K<sub>u</sub> 10
电流折算系数K<sub>i</sub> 5
虚拟振荡器电路电容值(F) 0.185
虚拟振荡器电路电感值(H) 5.4768e-05
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，根据本申请的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、基于非线性虚拟振荡器的单相变流器系统建模，其中包括非线性虚拟振荡器Hamilton建模、单相变流器主拓扑的建模以及滤波器的Hamilton建模；
步骤2、采用级联方式将非线性虚拟振荡器、单相变流器主拓扑和滤波器构成一个单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统；
步骤3、构建所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的期望能量函数，得到所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统原本的能量函数与所述期望能量函数之间的差值能量函数；
步骤4、构建互联矩阵和阻尼矩阵，得到基于能量成型的非线性虚拟振荡器的控制率；
其中，在所述步骤1中，非线性虚拟振荡器Hamilton建模过程如下：在非线性虚拟振荡器的电路模型中，选取状态变量xvoc为电感磁链和电容电量，并进行求导可以得到：
Figure FDA0003725258840000011
其中，L为非线性虚拟振荡器中的电感，C为非线性虚拟振荡器中的电容，iL为非线性虚拟振荡器中电感的电流，uC为非线性虚拟振荡器中电容的电压；
非线性虚拟振荡器系统的储能元件为电感L和电容C，由此建立能量函数为Hvoc，并将该能量函数对状态变量xvoc求导得到
Figure FDA0003725258840000012
Figure FDA0003725258840000013
根据基尔霍夫电流定律KCL和基尔霍夫电压定律KVL，写出非线性虚拟振荡器系统的状态方程：
Figure FDA0003725258840000021
其中σ为非线性虚拟振荡器中的负阻抗参数，iC为非线性虚拟振荡器中的电容电流，i为非线性虚拟振荡器中输入的电流，即从单相变流器输出中采集的电流折算值，i＝Kiif，Ki表示电流折算系数，if表示滤波器的电感电流，F为待求的能量函数；
因此，得到非线性虚拟振荡器Hamilton模型为：
Figure FDA0003725258840000022
其中u1，u2表示非线性虚拟振荡器系统的两个输入量，g1，g2表示非线性虚拟振荡器系统的端口交互矩阵，由非线性虚拟振荡器系统的状态方程可以得到u1，u2和g1，g2：
u1＝i u2＝F
Figure FDA0003725258840000023
在所述步骤1中，单相变流器主拓扑的建模过程如下：所述单相变流器采用单相全桥拓扑的结构，使用电压折算系数Ku简化单相变流器的主拓扑模型，得到如下公式：Kuuc＝uo，其中Ku为由非线性虚拟振荡器输出的调制波uc与单相变流器主拓扑输出电压uo的折算值，非线性虚拟振荡器输出的调制波uc也就是非线性虚拟振荡器中电容的电压；
在所述步骤1中，滤波器的Hamilton建模过程如下：所述滤波器采用LC结构的滤波器，选取状态变量xLC为电感磁链和电容电量，并进行求导可以得到
Figure FDA0003725258840000024
Figure FDA0003725258840000031
其中Lf为滤波器的电感，Cf为滤波器的电容，if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压；
滤波器系统的储能元件为滤波器的电感Lf和滤波器的电容Cf，由此建立能量函数HLC，将能量函数HLC对状态变量xLC求导可以得到
Figure FDA0003725258840000032
Figure FDA0003725258840000033
根据基尔霍夫电流定律KCL和基尔霍夫电压定律KVL，可以写出LC滤波器系统的状态方程：
Figure FDA0003725258840000034
其中Lf为滤波器的电感，Cf为滤波器的电容，if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压，uo为单相变流器主拓扑输出电压，RL为单相变流器输出端所接负载电阻；
综上得到LC滤波器的端口受控哈密顿模型：
Figure FDA0003725258840000035
其中uLC表示LC滤波器的输入，在此系统中滤波器的输入是单相变流器主拓扑的输出电压uo，gLC表示LC滤波器系统的端口交互矩阵，根据滤波器系统的状态方程确定参数为：
uLC＝uo，
Figure FDA0003725258840000036
在所述步骤4中，所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统原来的结构矩阵Jem和耗散矩阵Rem为：
Figure FDA0003725258840000041
其中σ为非线性虚拟振荡器中的负阻抗参数，RL为单相变流器输出端所接负载电阻；
设计所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的结构矩阵Ja和耗散矩阵Ra为：
Figure FDA0003725258840000042
其中A为控制参数，r为阻尼系数；
综上得出：
Figure FDA0003725258840000043
，
其中iL为通过非线性虚拟振荡器中电感的电流，uC为非线性虚拟振荡器中电容两端的电压；if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压，
Figure FDA0003725258840000044
Figure FDA0003725258840000045
分别为对应的参考值，i为从单相变流器输出中采集的电流折算值，uo为单相变流器主拓扑输出电压；
经过推导可得待求的能量函数F，也就是控制率为：
Figure FDA0003725258840000046
其中A为控制参数，
Figure FDA0003725258840000051
2.根据权利要求1所述的单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制方法，其特征在于：在所述步骤2中，所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统中的储能元件由非线性虚拟振荡器和LC滤波器中的电感和电容组成，则该单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的能量函数为：
Figure FDA0003725258840000052
其中L、C为非线性虚拟振荡器中的电感、电容，iL为通过非线性虚拟振荡器中电感的电流，uC为非线性虚拟振荡器中电容两端的电压；Lf、Cf为LC滤波器的滤波电感和滤波电容，if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压。
3.根据权利要求2所述的单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制方法，其特征在于：在所述步骤3中，设计所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统的期望能量函数，期望所述系统的能量在额定工作点处达到稳态值，所述期望能量函数Hd为：
Figure FDA0003725258840000053
其中iL为通过非线性虚拟振荡器中电感的电流，uC为非线性虚拟振荡器中电容两端的电压；if为滤波器的电感电流，uf为滤波器的电容电压，
Figure FDA0003725258840000054
Figure FDA0003725258840000055
分别为对应的参考值；
由此可得所述单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制系统原本的能量函数与所述期望能量函数之间的差值能量函数HC及能量变量
Figure FDA0003725258840000056
为：
Figure FDA0003725258840000061
Figure FDA0003725258840000062
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