[发明专利]基于自适应Terminal鲁棒滑模的VSG控制方法

说明书

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，特别是一种基于自适应Terminal鲁棒滑模的VSG控制方法。

背景技术

全球能源的日益匮乏，日渐突出的环境问题，是近年来社会的热点问题，为此，环保清洁能源的利用也越来越受到人们的关注。分布式发电技术和微电网技术作为有效的载体，对其进行深入研究有其不可忽视的有益作用。并网逆变器是分布式电源与微电网/配电网连接的纽带，它必须根据负荷和电网的运行状态进行合理的控制。目前，主要的控制方法有恒功率控制(PQ控制)、恒压/恒频控制(V/f控制)、下垂控制(Droop控制)。不同的控制方法，有不同的控制效果，但无法忽视这些常规控制策略给配电网和微电网的安全稳定运行带来的风险与挑战。尤其逆变器本身响应速度快，几乎没有转动惯量，这导致其难以参与电网的调节，更无法为稳定性较差的微网提供必要的阻尼作用，也就是说其缺乏传统同步发电机所具有的大惯性和阻尼，缺乏与微电网/配电网有效“同步”的机制。

有鉴于此，欧洲VSYNC(Virtual Synchronous Machines)项目率先提出了虚拟同步发电机的概念。借鉴同步发电机的机械方程和电磁方程来控制逆变器，使得逆变器在机理上和外特性上均能与同步发电机相媲美，该类控制策略称为虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术，其有望在未来的分布式发电技术中发挥重要作用。

但是，目前，VSG控制的研究主要还是以线性控制方法和理论为基础，模拟同步发电机的经典二阶模型。但是，经典二阶模型不能很好地模拟同步发电机的动态响应过程，而传统单变量PID控制在应对系统发生参数摄动和外部扰动时的鲁棒性较差，最终导致系统控制效果不佳。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于自适应Terminal鲁棒滑模实现的虚拟同步发电机控制方法，可以为分布式电源并网逆变系统提供必要的惯性和阻尼，并提高系统在参数不确定和外界扰动下的鲁棒性与稳定性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于自适应Terminal鲁棒滑模的VSG控制方法，包括以下步骤：

步骤A、将带有储能的分布式电源等效为直流电压源，作为虚拟同步电机的原动机部分为整个系统提供电能；

步骤B、建立逆变器滤波参数、输出电压、并网点电压及电流与同步发电机各参数之间的对应关系；

步骤C、考虑含励磁系统和汽门调节的同步发电机四阶模型来模拟同步发电机特性，建立系统数学模型；

步骤D、根据系统两个输入变量的特点，确定两个非奇异的Terminal滑模面，实现解耦控制，得到逆变器基于Terminal鲁棒滑模控制的控制律；

步骤E、逆变器的控制律经过电压电流双环控制，得到脉冲宽度调制即PWM的驱动信号，对DC/AC变换器进行控制。

进一步地，步骤B所述建立逆变器滤波参数、输出电压、并网点电压及电流与同步发电机各参数之间的对应关系，具体如下：

将逆变器的滤波电感和电容等效为同步发电机的同步电抗，滤波电感和功率器件的电阻等效为同步发电机的同步电阻，将逆变器的输出电压等效为同步发电机的暂态电势，逆变器并网点电压u_oabc等效为同步发电机的端压，并网点电流i_oabc等效为同步发电机的定子电流，通过虚拟同步发电机控制策略，最终使分布式电源的并网功率、电压和电流展现出同步发电机的特性；

所述逆变器模拟同步发电机考虑励磁与汽门调节的四阶模型如下：

其中，δ为虚拟同步发电机转子角；ω为转子角速度；ω₀为额定角速度，取ω₀＝2πf₀；D为阻尼系数；H为惯性时间常数；E’_q为暂态电势；V_s为无穷大系统电压；T_d0为励磁绕组时间常数；P_m0为系统有功功率给定值；P_m为系统输入有功功率；P_e为系统输出电磁功率；T_s为系统常数；X_d为d轴同步电抗；X_d∑为d轴同步电抗之和；X'_d∑为暂态电抗之和；X'_d为发电机暂态电抗；v_f为励磁电压；μ为主汽门控制输入。

进一步地，步骤D所述两个非奇异的Terminal滑模函数s₁、s₂如下：