【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于vsg的逆变器控制，具体涉及一种基于干扰估计的vsg逆变电源滑模控制方法及系统。
技术介绍
1、规模化新能源主要以电力电化接口逆变器接入电网，导致新型电力系统出现低惯性弱阻尼的特性，使得系统暂态响应性能进一步弱化，这使得模仿同步发电机使逆变器具有与同步发电机相似特性的虚拟同步发电机（vsg）控制技术得到了广泛应用。目前，主要集中在功频特性、虚拟阻抗功率解耦、自适应阻尼惯量、故障穿越方法、多vsg集群等领域。然而，上述vsg控制相关研究大多仍然采用传统电压电流双闭环控制作为底层控制策略，辅之以较为理想的线性pid调控方法。虽然该双闭环底层控制结构设计简单且易于实现，但在实际被控系统存在非线性、强耦合等特性时仍然面临响应速度慢、鲁棒性能差等局限性。
2、滑模变结构控制作为一种非线性控制方法，在应对参数摄动、未建模动态以及外部扰动等不确定性时具有强鲁棒性的特点。与vsg控制相关的滑模控制工作大多聚焦于改进电压电流双环控制，未能将vsg控制技术的惯性支撑能力与滑模控制的抗扰能力充分结合，以有效应对分布式电源逆变器并离网等复杂场景的抗扰需求，具有一定局限性。因此，同时考虑基于vsg的外环控制层和基于smc的内环控制层的设计，就将更具有一定的挑战性与实际工程意义了。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于干扰估计的vsg逆变电源滑模控制方法及系统，用于解决现有技术未能有效应对分布式电源逆变器并离网等复杂场景的抗扰需求，具有一定局限性等问题，能有效解决新
2、为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种基于干扰估计的vsg逆变电源滑模控制方法，包括：
3、步骤1、建立基于vsg的逆变器并网系统，逆变器并网系统包括基于vsg的外环控制层、基于smc的内环控制层、功率计算、逆变电路和电网侧；
4、步骤2、在外环控制层建立带有相角调节器的有功-频率控制环和带有幅值调节器的无功-电压控制环；
5、步骤3、在外环控制层建立逆变器并网系统的小信号模型，并通过特征值分析方法进行暂态稳定性分析；
6、步骤4、在内环控制层建立逆变电源数学模型，并推导出逆变电源的状态空间方程；
7、步骤5、根据逆变电源的状态空间方程，针对内环控制层的未知复合扰动建立滑模干扰观测器；
8、步骤6、对滑模干扰观测器进行稳定性证明；
9、步骤7、根据逆变电源的状态空间方程和滑模干扰观测器，在内环控制层建立滑模控制器；
10、步骤8、对滑模控制器进行稳定性证明。
11、根据本专利技术提供的一种基于干扰估计的vsg逆变电源滑模控制方法，步骤2具体包括：
12、根据模拟同步发电机转子运动方程的vsg有功-频率控制原理，在vsg的外环控制层建立带有相角调节器的有功-频率控制环，有功-频率控制环为：
13、
14、其中，，；
15、式中，、和分别为虚拟机械功率、额定有功功率和输出有功功率，为虚拟转动惯量，为虚拟阻尼系数，、分别为逆变器输出电压的角频率、相位，为参考电压的相位，为额定角频率，为有功-频率下垂系数，表示相角调节量，为逆变器输出电压经滤波后的相位，为电网电压的相位差，和为相角调节的相关pi参数；
16、根据模拟同步发电机励磁系统的vsg无功-电压控制原理，在vsg的外环控制层建立带有幅值调节器的无功-电压控制环，无功-电压控制环为：
17、
18、其中，；
19、和分别为无功-电压调节系数和下垂系数，和分别为额定无功功率和输出无功功率，、和分别为额定电压幅值、逆变器输出电压幅值和参考电压幅值，为幅值调节量，为逆变器输出电压经滤波后的幅值，为电网电压的幅值，和为幅值调节的相关pi参数。
20、根据本专利技术提供的一种基于干扰估计的vsg逆变电源滑模控制方法，步骤3中，在外环控制层建立逆变器并网系统的小信号模型，包括：
21、建立逆变电源主电路的状态方程，逆变电源主电路的状态方程为：
22、
23、式中，为滤波电阻，为滤波电感，为滤波电容，为电网侧电阻，为电网侧电感，、分别为逆变器经滤波后的输出电压轴分量、输出电压轴分量，、分别为逆变器经滤波后的输出电流轴分量、输出电流轴分量，、分别为逆变器输出的电流轴分量、电流轴分量，、分别为电网侧的电压轴分量、电压轴分量，、分别为逆变器输出的电压轴分量、电压轴分量；
24、对逆变电源主电路的状态方程进行线性化，得出其小信号模型为：
25、
26、式中，表示线性化的微小变量；
27、对功率计算进行线性化，得出其小信号模型为：
28、
29、对有功-频率控制环进行线性化，得出其小信号模型为：
30、
31、对无功-电压控制环进行线性化，得出其小信号模型为：
32、
33、对电网侧进行线性化，得出其小信号模型为：
34、
35、最终得出逆变器并网系统的小信号模型为：
36、
37、其中，，和分别为状态变量和状态矩阵。
38、根据本专利技术提供的一种基于干扰估计的vsg逆变电源滑模控制方法，步骤3中，通过特征值分析方法进行暂态稳定性分析，包括：
39、利用matlab软件求解状态矩阵的特征值及分布图，根据特征值的分布，分别分析虚拟转动惯量、虚拟阻尼系数、滤波电阻和滤波电感对逆变器并网系统暂态稳定性的影响。
40、根据本专利技术提供的一种基于干扰估计的vsg逆变电源滑模控制方法，步骤4具体包括：
41、根据基尔霍夫定律，建立坐标系下的逆变电源数学模型，逆变电源数学模型为：
42、
43、其中，，；
44、式中，、为状态变量，为逆变器输出的电压轴分量或轴分量，为扰动，为逆变器经滤波后的输出电压轴分量或轴分量；
45、进而得出逆变电源的状态空间方程为：
46、
47、其中，，，，，；
48、式中，表示由滤波电阻、滤波电感和滤波电容引起的未知参数摄动，为逆变器经滤波后的输出电流轴分量或轴分量。
49、根据本专利技术提供的一种基于干扰估计的vsg逆变电源滑模控制方法，步骤5具体包括：
50、定义状态估计误差为：
51、
52、其中，和分别为和的观测值，和分别为和的观测误差；
53、选取滑模面为：
54、
55、根据逆变电源的状态空间方程，针对内环控制层的未知复合扰动建立滑模干扰观测器，并得到干扰估计值；滑模干扰观测器为：
56、
57、其中，，；
58、式中，为扰动的估计值，为辅助本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于干扰估计的VSG逆变电源滑模控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于干扰估计的VSG逆变电源滑模控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
3.根据权利要求2所述的基于干扰估计的VSG逆变电源滑模控制方法，其特征在于，所述步骤3中，在所述外环控制层建立所述逆变器并网系统的小信号模型，包括：
4.根据权利要求3所述的基于干扰估计的VSG逆变电源滑模控制方法，其特征在于，所述步骤3中，通过特征值分析方法进行暂态稳定性分析，包括：
5.根据权利要求3所述的基于干扰估计的VSG逆变电源滑模控制方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
6.根据权利要求5所述的基于干扰估计的VSG逆变电源滑模控制方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：
7.根据权利要求6所述的基于干扰估计的VSG逆变电源滑模控制方法，其特征在于，所述步骤6具体包括：
8.根据权利要求7所述的基于干扰估计的VSG逆变电源滑模控制方法，其特征在于，所述步骤7具体包括：
9.根据权利要求8所述的基于干扰估计的
10.一种基于干扰估计的VSG逆变电源滑模控制系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于干扰估计的vsg逆变电源滑模控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于干扰估计的vsg逆变电源滑模控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
3.根据权利要求2所述的基于干扰估计的vsg逆变电源滑模控制方法，其特征在于，所述步骤3中，在所述外环控制层建立所述逆变器并网系统的小信号模型，包括：
4.根据权利要求3所述的基于干扰估计的vsg逆变电源滑模控制方法，其特征在于，所述步骤3中，通过特征值分析方法进行暂态稳定性分析，包括：
5.根据权利要求3所述的基于干扰估计的vsg逆变电源滑模控制方...
【专利技术属性】
技术研发人员：路晓庆，张乾，张弛，魏跃虎，谢军，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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