基于混合H2/H∞性能指标的虚拟同步机控制参数整定方法技术

本发明专利技术涉及基于混合H2/H∞性能指标的虚拟同步机控制参数整定方法，包括：S1、确定虚拟同步发电机双闭环控制系统中内环电流控制器的第一开环传递函数和外环电压控制器的第二开环传递函数；S2、将所述第一开环传递函数、第二开环传递函数分别转换为第一状态空间方程、第二状态空间方程，且第一状态空间方程、第二状态空间方程中待定控制参数与其他变量相对独立；S3、根据H2/H

【技术实现步骤摘要】
基于混合H2/H
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性能指标的虚拟同步机控制参数整定方法


[0001]本专利技术涉及基于混合H2/H∞性能指标的虚拟同步机控制参数整定方法，属于VSG参数整定领域。

技术介绍

[0002]虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)是一种通过引入虚拟惯量和虚拟阻尼使逆变器模拟同步发电机特性的控制策略。VSG技术可以直接将转子运动方程和无功励磁控制器结合起来，为电压电流双闭环控制部分提供参考电压。虽然双闭环级联控制部分可以方便地实现对逆变器的控制，但是对其参数整定需要分析考虑系统稳定性、各环路间相互作用等因素。
[0003]关于PI参数的整定，实际工程一般通过试凑法来确定其具体数值。试凑法在调节其中一个参数使控制对象的某些性能指标有所改善的同时，也可能会使控制对象的其他性能指标变差。所以试凑法虽然能对PI参数的选择提供一种途径，但也存在依赖一定的经验与技巧且缺少理论支撑等问题。
[0004]目前针对电压电流双闭环控制器的参数整定已有多种方案，经典的参数整定方法有极点配置整定法、相消原理法等，但是这些方法不仅复杂，而且对获取模型的精确度要求也比较高。还有一类是将神经网络控制技术应用到PI参数整定的智能控制方法，比如通过实时监测并网逆变器的电压和电流等状态，利用粒子群算法或遗传算法等寻优工具可以实现动态调节PI参数的效果。但智能控制技术，本身没有一个完善的理论用于证明其收敛性、稳定性和鲁棒性，并且由于其随机性，容易陷入局部最优的情况。
[0005]因此，需要一种稳定性更强的双闭环控制系统的参数整定方法。
[0006]公开号为CN112003326A的专利《考虑时滞的虚拟同步发电机系统状态反馈控制器设计方法》中公开了以下步骤：步骤1、建立VSG控制逆变器并网系统状态空间模型；步骤2、考虑时滞，改写状态空间模型；步骤3、根据Lyapunov稳定性定理，通过LMI推导时滞稳定的条件；步骤4、添加状态反馈控制器；步骤5、得出在状态反馈控制器作用下系统新的时滞稳定条件；步骤6、根据稳定条件求出状态反馈控制器方程。该方法通过设计状态反馈控制器，有效解决了时滞对VSG控制的影响，使VSG系统能满足理想的性能要求，提高了虚拟同步发电机并网系统时滞稳定性。该专利主要通过添加状态反馈控制器的方法来解决时滞对VSG控制的影响，鲁棒性有待进一步提高。

技术实现思路

[0007]为了克服现有技术中存在的问题，本专利技术设计了满足H2性能指标、H
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性能指标和极点位置约束条件的控制参数整定方法并提出了用于计算待定控制参数值的矩阵不等式组，使双闭环控制系统能够满足多种性能指标，同时保证稳定性、鲁棒性，并具有期望的动态响应性能等特点。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]基于混合H2/H∞性能指标的虚拟同步机控制参数整定方法，包括如下步骤：
[0010]S1、确定虚拟同步发电机双闭环控制系统中内环电流控制器的第一开环传递函数和外环电压控制器的第二开环传递函数；
[0011]S2、将所述第一开环传递函数、第二开环传递函数分别转换为第一状态空间方程、第二状态空间方程，且第一状态空间方程、第二状态空间方程中待定控制参数与其他变量相对独立；
[0012]S3、根据H2/H
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混合性能指标、第一状态空间方程和第二状态空间方程，确定线性矩阵不等式组；
[0013]S4、以区域极点配置为约束条件，求解线性矩阵不等式组，得到待定控制参数的值。
[0014]进一步地，所述步骤S1具体为：
[0015]对电感电流状态方程进行dq前馈解耦处理，根据一阶惯性环节传递函数，得到第一开环传递函数；
[0016]对电容电压状态方程进行dq前馈解耦处理，根据一阶惯性环节传递函数，得到第二开环传递函数。
[0017]进一步地，所述线性矩阵不等式组以公式表达为：
[0018][0019][0020]Tr(Q)<γ2[0021][0022][0023]式中，正定对称矩阵P和矩阵M为待确定矩阵；I表示单位矩阵；γ1为性能指标H
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；γ2为性能指标H2；Q∈R1×1且其迹小于γ2；F、H、C为矩阵，P∈R3×3；M∈R3×1；J和N为极点配置区域的参数矩阵；K表示待定控制参数。
[0024]进一步地，根据第一状态空间方程和第二状态空间方程，确定线性矩阵不等式组中用于确定双闭环控制系统最小实现的矩阵F、H、C。
[0025]进一步地，所述步骤S4具体为：
[0026]选取极点配置区域D；以极小化混合H2/H
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性能指标和极点配置区域D为求解线性矩阵不等式组的约束条件，求解线性矩阵不等式组，得到待定控制参数的值。
[0027]进一步地，所述线性矩阵不等式组的解包括对应于内环电流控制器的矩阵P
i
、M
i
和对应于外环电压控制器的矩阵P
v
、M
v
；将矩阵P
i
、M
i
和矩阵P
v
、M
v
分别代入公式K＝H
‑1P
‑1M求解
待定控制参数K。
[0028]与现有技术相比本专利技术有以下特点和有益效果：
[0029]本专利技术虚拟同步发电机双闭环控制系统设计了满足H2性能指标、H
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性能指标和极点位置约束条件的控制参数整定方法并提出了用于计算待定控制参数值的矩阵不等式组，使双闭环控制系统能够满足多种性能指标，同时保证稳定性、鲁棒性，并具有期望的动态响应性能等特点。
附图说明
[0030]图1是本专利技术流程图；
[0031]图2是VSC
‑
HVDC的三相并网逆变器的示意图；
[0032]图3是基于VSG的逆变器控制器结构；
[0033]图4是虚拟同步机控制策略的示意图；
[0034]图5是电流环d轴控制结构框图；
[0035]图6是电压外环d轴控制结构框图；
[0036]图7是经典PI控制结构框图；
[0037]图8是s平面的极点配置区域D(α,θ)；
[0038]图9是双闭环控制系统单位阶跃响应和脉冲扰动响应曲线。
具体实施方式
[0039]下面结合实施例对本专利技术进行更详细的描述。
[0040]实施例一
[0041]虚拟同步发电机双闭环控制系统，如图3所示，包括：虚拟调速模块、虚拟励磁模块、惯性阻尼模块、电压电流双闭环控制模块、脉冲宽度调制模块(PWM模块)。其中，虚拟调速模块作用在柔性直流输电系统受端换流器上，使换流器具备参与电网调频能力；惯性阻尼模块参考同步发电机的运行特性，使换流器具备惯性和阻尼特性，提高电网的抗干扰能力；虚拟励磁模块作用在柔性直流输电系统受端换流器上，使换流器具备电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于混合H2/H∞性能指标的虚拟同步机控制参数整定方法，包括如下步骤：S1、确定虚拟同步发电机双闭环控制系统中内环电流控制器的第一开环传递函数和外环电压控制器的第二开环传递函数；S2、将所述第一开环传递函数、第二开环传递函数分别转换为第一状态空间方程、第二状态空间方程，且第一状态空间方程、第二状态空间方程中待定控制参数与其他变量相对独立；S3、根据H2/H
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混合性能指标、第一状态空间方程和第二状态空间方程，确定线性矩阵不等式组；S4、以区域极点配置为约束条件，求解线性矩阵不等式组，得到待定控制参数的值。2.根据权利要求1所述的基于混合H2/H∞性能指标的虚拟同步机控制参数整定方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：对电感电流状态方程进行dq前馈解耦处理，根据一阶惯性环节传递函数，得到第一开环传递函数；对电容电压状态方程进行dq前馈解耦处理，根据一阶惯性环节传递函数，得到第二开环传递函数。3.根据权利要求1所述的基于混合H2/H∞性能指标的虚拟同步机控制参数整定方法，其特征在于，所述线性矩阵不等式组以公式表达为：其特征在于，所述线性矩阵不等式组以公式表达为：Tr(Q)<γ
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式中，正定对称矩阵P和矩阵M为待确定矩阵；I表示单位矩阵；γ1为性能指标H
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；γ2为性能指...

【专利技术属性】
技术研发人员：张居谋，詹银，陈盼，潘晨燕，董建政，王雄文，方乙君，代妍妍，林琼斌，杨霖杰，
申请(专利权)人：中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：