双馈风力发电系统机侧变流器反推变结构控制系统及方法技术方案
Backstepping variable structure control system and method for doubly fed wind power generation system side converter
The invention belongs to the field of wind generator control technology, and relates to the control system of the side converter of the doubly fed wind power generation system. The invention discloses a double fed wind power generation system machine side converter backstepping variable structure control system, method, and based on doubly fed wind power generation system of the system, the system includes: unit mathematical model (11), a current command value calculation unit (12), backstepping variable structure control unit (13), space vector pulse width a modulation unit (14); the method is based on Lyapunov stability theory, the two-phase synchronous rotating coordinate system of doubly fed wind power generator mathematical model, backstepping control algorithm design of variable structure system, realized the decoupling of active and reactive power control; to eliminate the disturbance in the actual operation of the system, adding a containing the uncertainty of PI predictive variable structure control scheme, the subsystem disturbance can still meet the conditions of asymptotic Lyapunov stability lyapunov. The dynamic performance of doubly fed wind power generation system is further improved, and the robustness of the system parameters is enhanced.
【技术实现步骤摘要】
双馈风力发电系统机侧变流器反推变结构控制系统及方法
本专利技术属于风力发电机控制
，涉及双馈风力发电系统机侧变流器控制系统，具体涉及双馈风力发电系统机侧变流器反推变结构控制系统及控制方法。
技术介绍
近年来，风力发电作为一种绿色新能源发电方式受到了极大关注。直驱永磁同步风力发电机组和双馈异步风力发电机组是当前风力发电系统中最具发展潜力和市场前景的两类机组，为提高发电效率，两者均采用变速恒频发电运行方式。其中，双馈风力发电机（DFIG）应用最多，技术最为成熟，是当前的主流机型。DFIG系统结构如图1所示。DFIG定子绕组接入工频电网，转子绕组则由变频器提供频率、幅值、相位可变的电源，实现发电机的交流励磁，此时发电系统可根据风力机的转速变化调节励磁电流的频率，实现恒频输出。由于这种变速恒频方案是在转子电路上实现的，流过转子电路的功率是由双馈发电机的转速运行范围所决定的转差功率，因此，可减小变换器的容量。另外，DFIG方案可实现系统有功、无功的解耦控制，可根据电网的要求输出相应的感性或容性无功，这种无功控制的灵活性对电网非常有利。目前应用最广泛的双馈感应电机的控制...
【技术保护点】
双馈风力发电系统机侧变流器反推变结构控制系统，包括：数学模型建立单元(11)：结合定子磁链定向矢量控制，建立双馈风力发电机在dq坐标系下的数学模型；电流指令值计算单元(12)：由有功无功功率指令值，通过功率与定子电流之间的解耦关系式，得到定子电流的指令值；反推变结构控制单元(13)：以李雅普诺夫稳定性理论为基础，进行反推控制算法设计，得到系统的控制量，为消除系统实际运行中的扰动影响，在系统控制量中加入一个含有不确定度PI预测方案的变结构控制环节，使各子系统受到扰动时仍能满足李雅普诺夫渐近稳定条件；空间矢量脉宽调制单元(14)：将上述反推变结构单元输出的控制量经Park逆变换...
【技术特征摘要】
1.双馈风力发电系统机侧变流器反推变结构控制系统，包括：数学模型建立单元(11)：结合定子磁链定向矢量控制，建立双馈风力发电机在dq坐标系下的数学模型；电流指令值计算单元(12)：由有功无功功率指令值，通过功率与定子电流之间的解耦关系式，得到定子电流的指令值；反推变结构控制单元(13)：以李雅普诺夫稳定性理论为基础，进行反推控制算法设计，得到系统的控制量，为消除系统实际运行中的扰动影响，在系统控制量中加入一个含有不确定度PI预测方案的变结构控制环节，使各子系统受到扰动时仍能满足李雅普诺夫渐近稳定条件；空间矢量脉宽调制单元(14)：将上述反推变结构单元输出的控制量经Park逆变换和空间矢量脉宽调制，得到双馈风力发电系统机侧变流器的驱动控制信号。2.基于机侧变流器反推变结构控制系统的双馈风力发电系统，包括：风力机，齿轮箱，双馈风力发电机，机侧变流器，直流侧电容，网侧变流器(2)，变压器，机侧变流器控制系统，以及网侧变流器(2)控制系统，其中风力机通过齿轮箱连接到双馈风力发电机，双馈风力发电机定子连接电网，转子连接机侧变流器，机侧变流器连接到网侧变流器(2)，直流侧电容安装在机侧变流器与网侧变流器(2)之间，网侧变流器(2)通过变压器连接到电网；机侧变流器控制系统控制机侧变流器，网侧变流器(2)控制系统连接控制网侧变流器(2)；其特征在于：机侧变流器控制系统采用反推变结构控制方法控制机侧变流器。3.如权利要求2所述的基于机侧变流器反推变结构控制系统的双馈风力发电系统，其特征在于：所述机侧变流器反推变结构控制系统(1)包括：数学模型建立单元(11)：结合定子磁链定向矢量控制，建立双馈风力发电机在dq坐标系下的数学模型；电流指令值计算单元(12)：由有功无功功率指令值，通过功率与定子电流之间的解耦关系式，得到定子电流的指令值；反推变结构控制单元(13)：以李雅普诺夫稳定性理论为基础，进行反推控制算法设计，得到系统的控制量，为消除系统实际运行中的扰动影响，在系统控制量中加入一个含有不确定度PI预测方案的变结构控制环节，使各子系统受到扰动时仍能满足李雅普诺夫渐近稳定条件；空间矢量脉宽调制单元(14)：将上述反推变结构单元输出的控制量经Park逆变换和空间矢量脉宽调制，得到双馈风力发电系统机侧变流器的驱动控制信号。4.双馈风力发电系统机侧变流器反推变结构控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.数学模型建立：结合定子磁链定向矢量控制，建立双馈风力发电机在dq坐标系下的数学模型；S2.电流指令值计算：由有功无功功率指令值，通过功率与定子电流之间的解耦关系式，得到定子电流的指令值；S3.反推变结构控制器设计：以李雅普诺夫稳定性理论为基础，进行反推控制算法设计，得到系统的控制量，为消除系统实际运行中的扰动影响，在系统控制量中加入一个含有不确定度PI预测方案的变结构控制环节，使各子系统受到扰动时仍能满足李雅普诺夫渐近稳定条件；S4.空间矢量脉宽调制：将上述反推变结构单元输出的控制量经Park逆变换和空间矢量脉宽调制，得到双馈风力发电系统机侧变流器的驱动控制信号。5.如权利要求4所述的双馈风力发电系统机侧变流器反推变结构控制方法，具体按照以下步骤实施：S1.数学模型建立：列写出双馈电机在两相同步旋转dq坐标系下的数学模型；定、转子电压方程：其中，、、、分别为双馈电机定子和转子电压轴分量；、、、分别为双馈电机定子和转子电流轴分量；，，，分别为双馈电机定子和转子绕组磁链轴分量；、分别为定子和转子电阻；是微分算子；为同步角速度；=-为滑差角频率；磁链方程：其中，为两相同步旋转dq坐标系下两相定子绕组的自感；为两相同步旋转dq坐标系下两相转子绕组的自感；为两相同步旋转dq坐标系下同轴定、转子绕组间的等效电感；将式(2)代入式(1)得：转矩方程：其中，为电磁转矩；为电机的极对数；S2.电流指令值计算：由有功无功功率指令值，通过功率与定子电流之间的解耦关系式，得到定子电流的指令值；将同步旋转坐标系的d轴定向在定子磁链上，即取定子磁链方向与同步坐标系d轴重合，d、q轴上的磁链分量分别为：其中，为定子磁链矢量幅值；由于双馈发电机定子侧频率为工频，定子绕组电阻远小于定子绕线电抗，可以忽略；由式(1)、式(5)且忽略定子电阻可得式中，为定子电压矢量幅值，当定子端并入理想电网时等于电网电压矢量幅值，为常数；根据瞬时功率理论，双馈发电机在两相同步旋转dq坐标系下的定子侧瞬时有功、无功功率为：将式(6)代入上式可得：由上式可知，在定子磁链定...
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