[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

权利要求书

1.一种基于线性/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：

上式中，z₁是锁相环输出的估计值，z₂是对总扰动的估计值，β₁，β₂为对应的误差增益，e是反馈误差，b是系统增益，u是系统的中间变量；

线性状态误差反馈控制率的按下式确定：

上式中，k_p为比例常数，u_qref是q轴分量的参考值，u₀是状态变量；

非线性自抗扰控制部分包括非线性扩张状态观测器NESO和非线性状态误差反馈控制率NLSEF组成，其中，非线性状态误差反馈控制率的表达式可按下式确定：

上式中，fal为一种非线性函数，α₁、α₂、δ₁是fal中的参数，λ₁、λ₂分别为z₁和z₂的误差增益，δ为选定的最大误差范围；

非线性状态误差反馈控制率按下式确定：

上式中，K_p为比例常数，α₃、δ₂同样是fal中的参数，u_qref是q轴分量的参考值，u₀是状态变量；

步骤2：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，包括：

线性自抗扰控制中的β₁、β₂、k_p的整定方法为：参数β₁、β₂通过将线性扩张状态观测器ESO极点配置在-ω_o处得到；参数k_p通过将线性扩张状态观测器ESO极点配置在-ω_c处得到；其中ω_o为线性扩张状态观测器ESO带宽、ω_c为线性误差状态反馈律的控制器带宽；

非线性自抗扰控制中的λ₁、λ₂、α₁、α₂、α₃、δ₁、δ₂、K_p的整定方法为：采用经验法得到，原则为：δ₁和δ₂为fal函数滤波器的滤波因子，取值过小会导致非线性自抗扰控制器容易出现颤震现象；增加δ可使滤波效果变好，但同时也增加跟踪的延迟；α₁、α₂取值越小，跟踪越快，但滤波效果会变差；α₃取值越小，抗干扰能力越强，但会导致控制量的高频颤振；K_p＝ω_cn；λ₁＝3ω_on、λ₂＝0.6ω_on²，相应的，ω_on为非线性扩张状态观测器ESO带宽、ω_cn为非线性误差状态反馈律的控制器带宽；

步骤3：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；切换机制为：在控制初始阶段，利用线性自抗扰控制粗略跟踪参考输入，然后切换为非线性自抗扰控制，以提高跟踪精度及抗扰能力；在非线性自抗扰控制过程中，当扰动较大，或者输出状态估计误差较大，或者输入信号及其各阶微分信号偏离相应的扩张状态观测器输出状态估计较远时，为保证系统稳定性及控制性能，切换为线性自抗扰控制，切换机制定量表示为：当设M为总扰动阈值，|z₂|≤M且|e|≤1且|u_qref-z₁|≤1成立时，则由线性扩张状态观测器切换至非线性扩张状态观测器，由线性状态误差反馈控制率切换至非线性状态误差反馈控制率；当|z₂|M或者|e|1或者|u_qref-z₁|1成立时，由非线性扩张状态观测器切换至线性扩张状态观测器，由非线性状态误差反馈控制率切换至线性状态误差反馈控制率；

步骤4：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。

2.根据权利要求1所述的虚拟同步机并网控制方法，其特征在于，步骤4中，并网控制策略为：并网点并网开关处于断开状态，初始有功功率给定值P_ref为零，采用PI控制器，使虚拟同步机输出频率和相位快速跟踪电网频率和相位；无功功率给定值Q_ref为零，采用所述的三相锁相环控制器，使得虚拟同步机输出电压幅值跟踪电网电压幅值和相位；并网点并网开关闭合，虚拟同步机有功给定值与无功给定值增加，向电网输送功率并参与电网的调压调频。