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申请/专利权人：兰州理工大学

摘要：虚拟同步化风储系统的优化附加自抗扰阻尼控制方法，首先，基于复数力矩系数法阐明了电池储能附加自抗扰控制增强系统阻尼的原理。然后，以储能变流器虚拟同步发电机有功控制环节的有功功率参考值为输入，以同步发电机角速度偏差量为输出，通过系统辨识方法获得两时域信号之间的开环传递函数。在此基础上，以同步发电机角速度偏差量作为控制器的输入信号，通过在储能变流器的虚拟同步发电机有功环节附加自抗扰阻尼控制，然后使用粒子群算法整定阻尼控制器参数。

主权项：1.虚拟同步化风储系统的优化附加自抗扰阻尼控制方法，其特征在于，通过以下技术方案实现：步骤1：计算出同步发电机G1和风机G3向电网G2输送的总功率Ps： Uc是风机G3并网点电压，U为电网G2端电压，x2为线路电抗，θ是风机G3并网点电压Uc与同步发电机G1的暂态电动势E′之间的相角差，δ是电网G3和同步发电机G1之间的相角差；步骤2：根据步骤1得出的总功率Ps求出其小扰动功率增量ΔPs： Δδ是同步发电机G1的功角δ的小扰动增量，Δθ是风机G3并网点电压Uc与同步发电机G1的暂态电动势E′之间的相角差的小扰动增量；步骤3：以同步发电机G1的角频率和额定角频率的变化量Δω＝ω-ωs作为自抗扰控制的输入信号，经过带通滤波器和自抗扰控制器后得到输出的阻尼功率Padrc： u0为自抗扰控制中误差反馈控制量，z3是自抗扰控制器中的扰动估计量，b0为自抗扰控制的补偿因子；步骤4：标准自抗扰控制器中非线性扩张状态观测器通过对被控对象的输入和输出估计状态变量z1、z2，并将状态变量z3记为不确定的扰动估计； e为输出信号F1与实际速度信号z1的差值；β01、β02、β03为增益系数，其值分别为3ω0、α1、α2为幂参数，其值根据控制效果经验值试调，取值区间介于0到1之间；fale,α,δ为防止高频震颤现象的原点附近连续幂次函数，α＝α1α2，如下式所示 δ为线性区间长度；α为幂参数，一般取0α1；步骤5：对自抗扰控制器中的扩张状态观测器进行改进，传统的扩张状态观测器仅以目标值观测信号z1和实际观测信号之间的误差作为观测输入，而没有对速度跟踪情况进行跟踪，通过在扩张状态观测器中引入速度观测误差，将实际转速z2与观测转速F2的误差加入到扩张状态观测器中；改进后的扩张状态观测器如下式所示： β01、β02、β03、β04是自抗扰控制中扩张状态观测器不同的观测器带宽值ω0的增益系数，其值分别为3ω0、e1是扩张状态观测器观测到的转速信号误差，e2是扩张状态观测器观测到的转速微分信号误差，z1是实际速度信号，z2是实际速度微分信号，z3是扰动量的观测值，是实际速度微分信号计及观测器带宽增益和转速信号误差的最终微分信号，是扰动量的观测值计及转速微分信号误差和自抗扰控制器输出实际值的最终扰动量观测信号，是扩张状态观测器观测到的转速信号误差和转速微分信号误差的防止高频震颤现象的原点附近连续幂次函数，为F1的微分信号，iqref是自抗扰控制器输出实际值；系统处于稳态时，根据外部综合扰动非线性函数的有界性，设扰动上界为N，则将公式六表示为如下所示： h为线性区间长度，e3是扰动量的观测误差，e2是扩张状态观测器观测到的转速微分信号误差，e1是扩张状态观测器观测到的转速信号误差；为使系统转速和扰动的观测误差尽可能小，则需带宽尽可能大；改进后的扩张观测器稳态时可以表示为如下所示： sign代表符号函数，相同的误差精度下，改进后的扩张状态观测器的带宽更小，效率更高；在相同的带宽条件下，改进后的扩张状态观测误差更小，精度更高；步骤6：根据步骤3所得阻尼功率Padrc，在并网点振荡出现时，自抗扰附加阻尼控制进行振荡抑制，得出阻尼功率的小扰动增量ΔPadrc： β01、β02、β03、β04是自抗扰控制中扩张状态观测器不同的观测器带宽值ω0增益系数，其值分别为3ω0、β1、β2为误差反馈系数，根据实际反馈效果进行赋值调节，p为微分算子，其中p＝jωd；ωd是同步发电机施加的角频率；步骤7：计算出同步发电机G1发出的有功功率Pe1： E′为同步发电机G1的暂态电动势，Uc是风机G3并网点电压，x1为线路电抗，θ是风机G3并网点电压Uc与同步发电机G1的暂态电动势E′之间的相角差；步骤8：根据步骤7计算出同步发电机G1的有功小扰动增量ΔPe1： E′为同步发电机G1的暂态电动势，Uc是风机G3并网点电压，x1为线路电抗，θ0是并网点电压Uc与同步发电机G1的暂态电动势E′之间的相角差，Δθ是并网点电压Uc与同步发电机G1的暂态电动势E′之间的相角差的扰动量；步骤9：并网点振荡出现时，自抗扰附加阻尼控制进行振荡抑制后，根据步骤6和步骤8，得到向电网G2输送的总功率增量ΔPs： ΔPe1是同步发电机G1有功变化的小扰动增量，ΔPadrc是储能变流器有功控制环节附加阻尼控制下的控制器输出信号小扰动增量，Uc是风机并网点电压，U为电网G2的端电压，x2为线路电抗，δ0是同步发电机G1的功角，θ0是风机G3并网点电压Uc与同步发电机G1的暂态电动势E′之间的相角差，Δδ是同步发电机G1功角δ的小扰动增量，Δθ是风机G3并网点电压Uc与同步发电机G1暂态电动势E′之间的相角差小扰动增量；步骤10：将公式二，公式九，公式十一所得表达式代入到公式十二中，得到引入自抗扰附加阻尼控制后的Δθ： Δθ是风机G3的并网点电压Uc与同步发电机G1暂态电动势E′之间的相角差的小扰动增量；步骤11：根据步骤10所得Δθ代入到公式十一中，得到自抗扰附加阻尼控制进行振荡抑制后，同步发电机G1的功率增量ΔPe1'： 公式九中K1、K2、K3、K4具体形式为: K1、K2中的系数a、b、c、d可通过下式计算： E′为同步发电机G1的暂态电动势，风机并网点电压Uc与E′之间的相角差为θ0，x1为线路电抗，微分算子p＝jωd，b0为自抗扰控制的补偿因子，ωd是同步发电机施加的角频率；步骤12：将步骤11得到的ΔPe1'分解到坐标轴上，得到同步力矩系数R”t以及阻尼系数Lt；在满足同步力矩系数Rt＝R′t+R″t＞0的条件下，需要进行控制器参数设置，以满足系统阻尼增加的条件；同步力矩系数R”t和阻尼系数Lt二者大小与自抗扰控制器中β1、β2、β01，β02、β03、b0参数有关，先设置自抗扰控制中的参数β01、β02，β03，根据反馈效果再调节参数β1、β2，然后设置参数b0使Rt为正值，最终保证系统稳定并且使阻尼系数Lt大于0；增加阻尼控制的效果需要结合粒子群优化算法对设置好的控制器参数进行寻优，主要针对跟踪微分器的速度因子r0以及补偿环节中补偿因子b0参数进行优化整定，在满足公式十五约束条件的前提下，通过粒子群算法将目标函数式公式十六进行迭代寻优，重复迭代粒子群和惯性因子，直到目标函数f取得最小值或者迭代次数达到最大值停止迭代，最终得到控制器参数的最优值，使得系统阻尼得到增加； αi为系统所有低频振荡模式的特征值的实部，r0表示自抗扰控制中跟踪微分器的速度因子，b0表示自抗扰控制中补偿环节中补偿因子，r0和b0的取值范围为[0.01,10]，i为系统低频振荡模式个数，D为算法的迭代次数，优化目标是目标函数尽可能小，即最小阻尼比ξi尽可能大，约束条件包括待整定参数的取值范围。

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