[发明专利]基于线性/非线性自抗扰控制的虚拟同步机并网控制方法

说明书

本发明提供一种基于线性/非线性自抗扰控制的虚拟同步机并网控制方法，包括下列步骤：建立三相锁相环控制器，包括线性自抗扰控制部分和非线性自抗扰控制部分以及两者的切换控制；根据三相锁相环控制器的稳定性分析和控制性能，综合带宽法及经验法的优势，对三相锁相环中的相关控制参数进行整定；基于提升三相锁相环的动态性能、稳态滤波能力及抗干扰性能的要求，设计三相锁相环控制器的切换机制；将所述的三相锁相环控制器得到的并网点电压幅值、频率和相位通过逻辑关系引入虚拟同步机功率控制环路中，得到并网控制策略。

技术领域

本发明涉及虚拟同步发电机并网控制领域，具体涉及一种并网控制策略。

背景技术

近年来，能源危机、环境污染及气候变暖与经济快速发展的矛盾日益突出，加快推动可再生能源的开发及高效利用已成为世界能源领域亟需解决的重大课题。分布式电源因地制宜以各类形式接入城市电网可充分利用当地可再生能源，最大限度替代和减少化石能源消费。在高比例可再生能源接入、高负荷密度和高供电可靠性需求的区域，采用双环、网格、花瓣等新型城市电网架构以及以微电网形式接入的新型城市电网的需求日益增强。因此，以充分利用可再生能源为核心的分布式电源将成为未来新型城市电网中的重要组成部分，与此同时，新型城市电网也将成为可再生能源高比例、分布式接入的重要载体。

近年来，虚拟同步发电机(Virtual synchronous generator，VSG)概念被广泛应用于分布式电源控制中，使分布式电源能够模拟出同步发电机的转动惯性、调频调压及励磁调节特性，降低分布式能源对电网的不利影响。然而，VSG只能在控制上模拟同步发电机的外特性，其主电路仍然是由脆弱的电力电子器件组成，过载能力弱。为了避免并网电流冲击，基于VSG控制的分布式电源在并入电网前要经过预同步单元与电网同步，即使并网点电压幅值、相位、频率发生变化，分布式电源也能平滑并入电网。

现在的实际工程应用中的并网控制通常采用锁相环来追踪锁取电网电压信息，基于此设计预同步控制器实现同步过程。目前常用的适用于VSG并网的控制策略有基于虚拟阻抗的预同步控制或者多下垂控制逆变器的并/离网模式切换等方法，他们都是通过修改锁相环来平滑模式切换过程，从而实现VSG离网和并网间的无缝切换。

但上述方法未考虑LC滤波器影响，只将桥臂输出电压与电网电压同步，而非逆变器输出电压和电网同步，实际上，LC滤波器的存在导致桥臂输出电压相位和滤波后电压相位存在偏差，尤其在带有本地负载时偏差更大，此时采用这种方法无法同步。此外，若VSG在并网过程中，电网电压幅值、相位、频率发生不同程度的变化时，该控制策略是否可行也需要重新讨论。

非线性自抗扰控制(Nonlinear active disturbance rejection control,NLADRC)具有跟踪精度高，抗干扰能力强等优点，而线性自抗扰控制(Linear activedisturbance rejection control,LADRC)在参数整定、稳定性分析方面具有较强的工程应用性。因此，结合线性自抗扰/非线性自抗扰控制(L/NLADRC)能够很好地解决VSG在并网过程中遇到的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于线性/非线性自抗扰控制的虚拟同步机并网控制方法，实现并网点电压幅值、相位、突变情况下VSG的快速并网并有效减小冲击电流。本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种基于线性/非线性自抗扰控制的虚拟同步机并网控制方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1：建立三相锁相环控制器，包括线性自抗扰控制部分和非线性自抗扰控制部分以及两者的切换控制；

线性自抗扰控制部分包括线性扩张状态观测器ESO和线性状态误差反馈控制率LSEF两部分，其中，线性状态误差反馈控制率的表达式按下式确定：