[發(fā)明專利]一種采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov協(xié)調(diào)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810664090.2
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN108923443B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程啟明;程尹曼;陳路;孫偉莎;李濤
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電力學(xué)院
• 主分類號: H02J3/26
• 分類號: H02J3/26;H02J3/01;H02J3/38
• 代理公司: 上?？剖⒅R產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

1.一種采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov協(xié)調(diào)控制方法，其中，PGSC為并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器，SGSC為串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器，用于在電網(wǎng)電壓不平衡情況下對DFIG的機側(cè)和網(wǎng)側(cè)變換器進行協(xié)調(diào)控制，其特征在于，該方法在DFIG的轉(zhuǎn)子采用RSC和與之并聯(lián)的PGSC，其中，RSC為轉(zhuǎn)子側(cè)變換器，兩個變換器通過中間的直流母線和大電容相連接，在DFIG的定子側(cè)增加一個串聯(lián)變壓器和一個SGSC，串聯(lián)變壓器次級串聯(lián)在DFIG定子與電網(wǎng)之間，SGSC的輸入端與PGSC的輸入端連接，SGSC的輸出端通過電感L接串聯(lián)變壓器初級，該方法對DFIG的機側(cè)和網(wǎng)側(cè)變換器進行協(xié)調(diào)控制的具體步驟包括：

1)對SGSC采用基于Lyapunov的協(xié)調(diào)控制，建立正、負序模型，并計算SGSC的控制目標及不同控制目標下的網(wǎng)側(cè)電流參考值；

2)采用PIR控制器對SGSC側(cè)交流分量進行控制；

3)采用Lyapunov控制器對PGSC進行控制；

4)采用內(nèi)環(huán)Lyapunov控制、外環(huán)PI控制對RSC進行控制；

步驟1)中，SGSC的控制目標為：

DFIG定子側(cè)電壓的正序分量u_s+與電網(wǎng)電壓正序分量u_g+始終一致，控制定子側(cè)電壓負序分量u_s-使其為零，即：

電壓不平衡下電網(wǎng)輸至PGSC的瞬時功率S，整理成矩陣形式為：

式中，上標p、n分別代表正、負序分量，下標d、q代表dq軸分量，+、-分別代表坐標軸的正、反轉(zhuǎn)方向，分別為正序分量在正轉(zhuǎn)坐標系d軸和q軸上的網(wǎng)側(cè)電壓分量，分別為負序分量在負轉(zhuǎn)坐標系d軸和q軸上的網(wǎng)側(cè)電壓分量，分別為正序分量在正轉(zhuǎn)坐標系d軸和q軸上的網(wǎng)側(cè)電流分量，分別為負序分量在正轉(zhuǎn)坐標系d軸和q軸上的網(wǎng)側(cè)電流分量，下標g_av、g_sin2、g_cos2分別表示PGSC功率的直流分量、二倍頻正弦分量、二倍頻余弦分量，P、Q分別為有功功率、無功功率；

SGSC的控制目標包括：

目標一、網(wǎng)側(cè)輸入的電流不含負序分量，即：

式中，上標*代表網(wǎng)側(cè)指令電流值，下標series_av、series_sin2、series_cos2分別代表SGSC功率的直流分量、二倍頻正弦分量、二倍頻余弦分量；為網(wǎng)側(cè)電流在負坐標系dq軸上負序分量，為定子側(cè)電流在負坐標系dq軸上負序分量；

目標二、網(wǎng)側(cè)輸入有功功率只含有直流分量，即：

P_{g_sin2}-P_{series_sin2}＝0，P_{g_cos2}-P_{series_cos2}＝0

其中，D₁、D₂的表達式分別為：

若將u_g+定向于d軸，通過調(diào)控直流電壓U_dc的調(diào)節(jié)器保證電壓值無諧波，系統(tǒng)直流母線電容瞬時功率為PGSC瞬時功率減去RSC、SGSC兩者的瞬時功率之和，即：

式中：P_g、P_series分別為PGSC、SGSC的輸入功率，P_r為轉(zhuǎn)子側(cè)的輸出功率，C為直流母線的電容；

電網(wǎng)穩(wěn)定運行條件下U_dc包含直流電壓平均分量和波動分量dU_dc/dt兩部分，即：

U_dc＝U_{dc_av}+dU_dc/dt＝U_{dc_av}+1/2ωU_{dc_av}[(P_{g_sin2}-P_{series_sin2})+(P_{g_cos2}-P_{series_cos2})]

式中，ω為電網(wǎng)角頻率；u_{dc_av}為直流電壓u_dc的平均分量；

目標三、直流母線電壓不含二倍頻正弦u_{dc_sin2}、余弦分量u_{dc_cos2}，即：

u_{dc_sin2}＝u_{dc_cos2}＝0

目標四、網(wǎng)側(cè)輸入的無功功率只含有直流分量，即：

Q_{g_sin2}-Q_{series_sin2}＝0，Q_{g_cos2}-Q_{series_cos2}＝0

步驟3)的具體內(nèi)容為：

網(wǎng)側(cè)Lyapunov正序模型為：

式中，ω為電網(wǎng)角頻率，L_g為濾波電抗器的電感，R_g為線路上的阻抗與電感等效串聯(lián)電阻之和，且：

式中，x₁、x₂分別為正序分量在正轉(zhuǎn)坐標系d軸、q軸上網(wǎng)側(cè)電流分量的實際值與指令值之間差值，x₃為直流母線電壓的實際值與指令值之間差值，u_dc、分別為直流母線電壓的實際值、指令值，S_d、Δd分別為d軸開關(guān)函數(shù)的實際值、指令值以及兩者之間的差值，S_q、Δq分別為q軸開關(guān)函數(shù)的實際值、指令值以及兩者之間的差值；

構(gòu)造Lyapunov函數(shù)能量函數(shù)為：

Lyapunov函數(shù)能量函數(shù)的導(dǎo)數(shù)為：

當(dāng)x非0時，V(x)＞0，dV(x)/dt＞0，假設(shè)：

式中，z₁為正序分量在正轉(zhuǎn)坐標系d軸上網(wǎng)側(cè)電流的實際值與指令值之間差值與實際值之比；z₂為正序分量在正轉(zhuǎn)坐標系q軸上網(wǎng)側(cè)電流的實際值與指令值之間差值與實際值之比；z₃為直流母線電壓的實際值與指令值之間差值與實際值之比；β₁、β₂為比例系數(shù)，忽略紋波，則開關(guān)函數(shù)的波動值取為：

式中，α₁、α₂分別為兩個比例系數(shù)，dV(x)/dt可表示為：

式中：

令z₃＝m₁z₁＝m₂z₂，且m₁、m₂0，則可得：

式中，λ_1min(r₁,β₁,m₁)＞0為關(guān)于自變量m₁的二次函數(shù)，λ_2min(r₂,β₂,m₂)＞0為關(guān)于自變量m₂的二次函數(shù)；

當(dāng)取m₁(0)＝(1+β₁)/(2β₁)時：

λ_1min(r₁,β₁,m₁)＝R_g+r₁[1-(1+β₁)²/(4β₁)]

同理可得，當(dāng)取m₂(0)＝(1+β₂)/(2β₂)時：

λ_2min(r₂,β₂,m₂)＝R_g+r₂[1-(1+β₂)²/(4β₂)]

當(dāng)時，λ_1min(r₁,β₁,m₁)＞0成立，β₀＝1+2R_g/r₁；

對于一個期望的不確定區(qū)間1-ε＜β₁＜1+ε，1-ε＜β₂＜1+ε，且則可推導(dǎo)出α₁、α₂的取值范圍為：

則推出正序控制為：

同理可推出負序控制為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，步驟2)中，采用PIR控制器對SGSC側(cè)交流分量進行控制的傳遞函數(shù)為：

式中：K_p和K_i分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)；K_r為諧振調(diào)節(jié)器的諧振系數(shù)；ω_c為截止頻率。