一种虚拟同步发电机的协同控制方法

技术特征：
1.一种虚拟同步发电机的协同控制方法，其特征在于：采用虚拟同步发电机二阶模型，用虚拟转子角速度、虚拟功角两个状态变量的线性组合构建宏变量，首先定义宏变量收敛的动态方程，再结合虚拟同步发电机二阶模型，获得虚拟同步发电机的控制律，并以负反馈的形式引入到虚拟同步发电机的控制系统中去。2.根据权利要求1所述虚拟同步发电机的协同控制方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一：确定虚拟同步发电机模型采用二阶模型如下：其中：j为虚拟惯性矩；ω为虚拟转子转速标么值；ω
b
为虚拟转子转速的基值，单位：rad/s；δ为虚拟功角，单位：rad；d为阻尼系数；t
m
为机械力矩标么值；t
e
为电磁力矩标么值；虚拟同步发电机力矩与功率有如下的关系：t
m
＝p
m
/ω，t
e
＝p
e
/ω，其中：p
m
为机械功率标么值；p
e
为电磁功率标么值；由于实际中，虚拟转子转速ω不能偏离额定转速太多，即ω≈1，则t
m
＝p
m
，t
e
＝p
e
；步骤二：虚拟同步发电机控制方法(1)协同控制理论根据协同控制原理，设非线性系统如下：其中：x是系统的状态变量；u是系统的控制输出；t是时间；构造宏变量ψ，使得上述系统(2)在流形ψ＝0系统轨迹满足流行动态方程：其中t为控制系统参数，t>0，表示状态变量经动态过程收敛到控制流形的时间；ψ为宏变量，为ψ的导数；设初始时间为t0，则初始ψ为ψ(t0)，则式(3)解得：上式表明随着时间趋向于无穷，宏变量逐渐趋近于0，也即系统将从一个随机初始状态趋向于一个稳定状态；(2)构造宏变量在非线性系统方程(2)中，选择ω、δ二个状态变量的线性组合构成宏变量，如下：ψ＝k1(ω-ω
ref
) k2(δ-δ
ref
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中：ψ为宏变量；ω
ref
，δ
ref
分别代表虚拟转子转速参考值和虚拟功角的参考值；k1，k2为状态变量的权值系数；将宏变量微分可得：将(5)式代入得：
其中：为虚拟转子转速的微分；为虚拟功角微分；(3)控制方法设计设虚拟同步发电机的控制输出为u，在虚拟同步发电机二阶模型方程(1)的基础上施加控制u，得到包含控制u的模型：式(7)中，p
e
为电磁功率，其中e为虚拟同步发电机电势，e＝e0 d
n
(q
ref-q
e
)，e0为虚拟同步发电机电势的额定值；d
n
为无功-电压下垂系数；q
ref
为无功功率参考值；q
e
为无功功率；u为所连接的母线电压；x
l
为虚拟同步发电机和所连接的电网之间的等效电抗；p
m
为机械功率，p
m
＝p
ref
d
m
(1-ω)，其中p
ref
为有功功率参考值，d
m
为有功功率的调整系数；ω为转子转速标么值；d为阻尼系数，以上各个量均为标么值；将式(5)和式(7)代入式(3)，得到以下等式：由式(8)解得：u即为控制器的控制输出。

技术总结
本发明涉及一种虚拟同步发电机的协同控制方法，属于发电机控制技术领域，本发明采用协同控制理论，首先在二阶虚拟同步发电机微分方程模型基础上，用虚拟转子角速度、虚拟功角两个状态变量的线性组合构建宏变量，然后定义了宏变量收敛的动态过程，使控制器收敛到控制流形上，以保证算法的收敛，在此基础上，获得虚拟同步发电机控制器的控制律，并以负反馈的形式引入到虚拟同步发电机的控制系统中去，在负载扰动工况下进行仿真验算，本发明所提出的控制方法能够快速地对负荷突变做出响应，改善虚拟同步发电机暂态特性。拟同步发电机暂态特性。


技术研发人员：钱晶 王芳芳 曾云 于凤荣 梅宏 于诗歌
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2022.08.19
技术公布日：2022/11/11