本发明专利技术公开了一种用于直驱永磁风电机变流器的多指标非线性控制方法，其包括以下步骤：1）确定风轮机、永磁同步发电机、电网侧、变流器直流环输入级，中间直流环节和输出级的电流、电磁转矩的数学模型，确定风电系统的约束方程；2）根据风电系统控制要求，建立非线性控制方法的微分代数系统；3）确定风电系统的非线性控制律。本发明专利技术针对直驱永磁风电系统脉冲宽度调制型变流器的非线性控制策略，控制占空比和调制角实现对脉冲宽度调制型变流器的控制，使输出电压的平滑性好和抗干扰性好，保持风电系统的小扰动稳定和改善风电系统的动态特性。即使电网电压不对称或电网电压跌落程度过大，也可以输出平滑的电压，保证电力和电气设备的正常运行。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，其包括以下步骤：1）确定风轮机、永磁同步发电机、电网侧、变流器直流环输入级，中间直流环节和输出级的电流、电磁转矩的数学模型，确定风电系统的约束方程；2）根据风电系统控制要求，建立非线性控制方法的微分代数系统；3）确定风电系统的非线性控制律。本专利技术针对直驱永磁风电系统脉冲宽度调制型变流器的非线性控制策略，控制占空比和调制角实现对脉冲宽度调制型变流器的控制，使输出电压的平滑性好和抗干扰性好，保持风电系统的小扰动稳定和改善风电系统的动态特性。即使电网电压不对称或电网电压跌落程度过大，也可以输出平滑的电压，保证电力和电气设备的正常运行。【专利说明】—种用于直驱永磁风电机变流器的多指标非线性控制方法
本专利技术涉及永磁风力发电机系统(风电系统)，尤其涉及。
技术介绍
随着能源短缺和环境恶化问题的日益严重，风电作为一种可再生能源，是当前发展最快的新能源之一，受到世界各国的高度重视。由于永磁同步发电机(PMSG, permanentmagnet synchronous generator)的转速跟随风速变化，发出频率和电压均变化的交流电，需要通过变流装置才能联网运行，同时不需要齿轮箱，具有直接驱动、结构简单、效率较高等优点，因而能够改善风能转换的效率。对于现有技术中直驱永磁风力发电系统(风电系统)的结构来说，首先，风轮机受风力的驱动开始发电，由永磁发电机输出三相交流电通过整流器转变为直流电，然后根据电网对交流电频率的要求，利用逆变器将直流电再转变成具有相应频率的交流电，再将该交流电经过变压器变压后送入电网；通常情况下，整流器和逆变器的组合称为变流器。现有直驱永磁风力发电系统(风电系统)中的电力电子变换电路可以有不同的拓扑结构，根据每种电力电子变换拓扑的特点，整个风电系统的控制方法都会相应的发生变化，由二极管不控整流桥构成的整流方式称为不可整流方式，由可控整流桥构成的整流方式称为可控整流方式。当电路中的负载严重不平衡或电网出现短时故障(如短路)时，会使电网电压不对称。当电网电压跌落程度过大，会影响电力和电气设备的正常运行，风电流变器的正常工作也会受到严重影响。
技术实现思路
为了克服以上缺点，本专利技术的目的是提供一种通过非线性控制方法，控制占空比和调制角实现对脉冲宽度调制型变流器的控制，使输出电压的平滑性好和抗干扰性好的。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案:，所述多指标非线性控制方法包括以下步骤:I)，其特征在于:所述多指标非线性控制方法包括以下步骤:I)确定风轮机、永磁同步发电机、电网侧、变流器直流环输入级，中间直流环节和输出级的电流、电磁转矩的数学模型，建立风电系统的约束方程；Al、风轮机产生的机械功率为风力机从空气中捕获的风能，风轮机的机械功率Pm由式(I)所示:弋A)，其中 λ = Rq/vw ；(I)式(I)中P为空气的密度，R为风轮机叶片半径，Vw为风速，Cp为风能利用系数，是永磁体励磁磁链Y和桨距角β的非线性函数，β为叶片的桨距角，λ为风力机叶尖速t匕，ω为风力机的转速；B1、建立永磁同步发电机的数学模型:分别以d、q轴建立坐标系，假设d、q坐标系以同步速度旋转，且q轴超前于d轴，将d轴定位于定子永磁体的磁链方向上,贝U在d、q轴坐标下的永磁同步发电机的数学模型为:【权利要求】1.，其特征在于:所述多指标非线性控制方法包括以下步骤: I)确定风轮机、永磁同步发电机、电网侧、变流器直流环输入级，中间直流环节和输出级的电流、电磁转矩的数学模型，建立风电系统的约束方程； Al、风轮机产生的机械功率为风力机从空气中捕获的风能，风轮机的机械功率Pm由式 【文档编号】H02J3/24GK103475009SQ201310334453【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月2日 优先权日:2013年8月2日 【专利技术者】李啸骢, 王忠勇 申请人:李啸骢, 王忠勇本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于直驱永磁风电机变流器的多指标非线性控制方法，其特征在于：所述多指标非线性控制方法包括以下步骤：?1）确定风轮机、永磁同步发电机、电网侧、变流器直流环输入级，中间直流环节和输出级的电流、电磁转矩的数学模型，建立风电系统的约束方程；?A1、风轮机产生的机械功率为风力机从空气中捕获的风能，风轮机的机械功率Pm由式（I）所示：其中λ＝Rω/vw；?????（I）?式（I）中ρ为空气的密度，R为风轮机叶片半径，νw为风速，Cp为风能利用系数，是永磁体励磁磁链γ和桨距角β的非线性函数，β为叶片的桨距角，λ为风力机叶尖速比，ω为风力机的转速；?B1、建立永磁同步发电机的数学模型：?分别以d、q轴建立坐标系，假设d、q坐标系以同步速度旋转，且q轴超前于d轴，将d轴定位于定子永磁体的磁链方向上，则在d、q轴坐标下的永磁同步发电机的数学模型为：?式(II)中：u1d、u1q分别为永磁同步发电机定子输出的d、q轴电压，i1d、i1q分别为永磁同步发电机定子输出的d、q轴电流；di1d、di1q分别表示i1d和i1q关于时间t的微分，L1d、L1q分别为永磁同步发电机定子直轴电感和交轴电感；γ为永磁体励磁磁链，不考虑温度影响时γ为一常数；np为永磁同步发电机转子的极对数；ωm及RS分别为定子电角速度和相电阻；?根据电力电子技术理论可得到式（III）公式：?u1d＝udcm1cosθ1,u1q＝udcm1sinθ1,u2d＝udcm2cosθ2,u2q＝udcm2sinθ2；????（III）?式（III）中，udc为网侧直流侧电压；其中m1,θ1为变流器输入端正弦调制波的调制比和调制角；m2,θ2为变流器输出端正弦调制波的调制比和调制角。?当不考虑转子磁场的凸极效应并且电机气隙均匀时，L1d=L1q=L1，L1为定子电感；则式(II)转换为：?C1、建立电网侧的数学模型：?将电网电压综合矢量定向在d轴上，则d、q坐标下网侧模型为：?式中：u2d、u2q分别为d、q轴电压，i2d、i2q分别为d、q轴电流；di2d、di2q分别表示i2d和i2q关于时间t的微分，ed、eq为电网d、q轴电压，ωf为电网角频率，L2、R分别为连接电感及等值电阻；?将式（III）代入式（V）后得：?D1、变流器直流环输入和输出的电流为：设idc1,idc2分别为变流器直流环节输入和输出的电流，则式（VII）中，dudc表示udc关于时间t的微分，idc1,idc2分别为变流器直流环节输入和输出的电流，C为变流器直流环节电容器的电容；?根据能量守恒，把式（III）代入式（VII）整理后得：?E1、建立电磁转矩Te的数学方程：Te＝1.5npi1q[i1d(L1d?L1q)+γ]；??（IX）由于L1d=L1q=L1，则Te＝1.5npi1qγ；???（X）?永磁同步发电机在d、q同步旋转坐标系下的d轴和q轴电压方程分别为?u1d?Rsi1d+ωmL1i1q＝0；u1q?Rsi1q+ωmL1i1d+γ＝0；??(XI)式中L1、Rs及ωm分别为定子电感、相电阻、电角速度；?F1、建立风电系统的约束方程：?结合式（I）至式（XI），可得风电系统的微分方程式（XII）：?G1、根据式（XII），得到风电系统的代数约束方程为式（XIII）：?Te?1.5npi1qγ＝0?u1d?Rsi1d+ωmL1i1q＝0；???（XIII）?u1q?Rsi1q+ωmL1i1d+γ＝0?2）根据风电系统控制要求，建立非线性控制方法的微分代数系统：?A2、微分代数系统的变换，多输入多输出非线性微分代数系统如式（XIV）所示：?式（XIV）中x、y分别为多输出非线性微分代数系统的n和m维向量；f(x,y)∈Rn，gi(x,y)∈Rn，p(x,y)∈Rm是对x和y都可微的非线性向量场；z＝h(x,y)为光滑的向量场，ui为输入量；Rn为n维变量空间，Rm为m维变量空间；?定义1：M导数是一个标量函数，对某一标量函数h(x,y)做关于向量f(x,y)的M导数，即做如下运算：?基于相同的原理，高阶M导数定义如下：?定义2：当每个hi(x,y)对如式（XIV）所示的多输入多输出非线性微分代数系统的M导数?均为零，而不为零，则多输入多输出非线性微分代数系统的相对阶为ri，多输入多输出非线性微分代数系统的总相对阶如式（XV）所示：?当多输入多输出非线性微分代数系统总相对阶r小于系统维数n时，存在n?r个坐标映射；?μj(x,y)(j＝1,2,…,n?r)满足Mgμj(x,y)＝0(j＝1,…，n?r)；?如...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李啸骢，王忠勇，
申请(专利权)人：李啸骢，王忠勇，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。