[發明專利]一種雙饋風力發電系統網側終端滑模控制器設計方法

有效

• 申請號: 201811223149.0
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109347141B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 劉新宇;張紅濤;顧波;唐凱;岳偉寶;師永彪;徐燕;王繼東;王麗娟
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02P9/00;H02P101/15
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 陳勇

1.一種雙饋風力發電系統網側終端滑模控制器設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：列寫雙饋風力發電系統網側在dq坐標軸下的數學模型；

步驟2：將DFIG系統的數學模型轉換成哈密頓系統模型；

步驟3：求解哈密頓系統的期望平衡點，得到第一哈密頓控制器；

步驟4：引入滑模控制，并得出DFIG系統的終端滑模控制器；

步驟1中，所述雙饋風力發電系統網側在dq坐標軸下的數學模型為：

其中，L、r分別表示網側濾波電感和等效電阻；u_dc表示直流母線電壓，C表示直流母線電容；e_d、e_q分別表示dq坐標軸下電網的電壓分量；i_d、i_q分別表示dq坐標軸下電網的電流分變量；R_L、L_L分別表示負載電阻和電感；i_L表示負載電流；ω是電網電壓的角速度；μ_d、μ_q是網側整流器在dq坐標軸下的占空比函數；

所述步驟2具體包括：

步驟2.1：將DFIG系統的數學模型通過矩陣的形式表示；

將式(1.1)的DFIG系統的數學模型通過矩陣的形式表示如下：

步驟2.2：將通過矩陣表示的DFIG系統網側的數學模型轉換成哈密頓系統的數學模型；

將式(2.1)中通過矩陣表示的DFIG系統網側數學模型轉換成三相PWM整流器端口受控耗散哈密頓系統模型，表達式如下：

其中，x∈Rⁿ，x為哈密頓系統狀態變量；u∈Rⁿ，u為哈密頓系統的輸入，y∈Rⁿ，y為哈密頓輸出的一個特例；

U_m表示電網電壓幅值；J(x，μ)為反對稱矩陣；R(x)為半正定對稱矩陣；

步驟2.3：假設哈密頓系統存在期望平衡點x₀，確定哈密頓系統在平衡點x₀處穩定；

假設哈密頓系統存在期望平衡點x₀，由于DFIG系統的總存儲能量等于電感和電容的存儲能量和，將哈密頓系統用哈密頓函數表示為H(x)：

其中，x＝[x₁ x₂ x₃ x₄]^T＝[Li_d Li_q L_Li_L Cu_dc]^T；

在期望平衡點x₀處，使哈密頓系統保持漸進穩定；構造一個期望的閉環哈密頓函數H_d(x)，則有：

H_d(x₀)＝0 (2.4)

對鄰域內的任意x≠x₀，均有H_d(x)＞0；則有：

其中，J_d(x，u)為反對稱矩陣，R_a(x)為半正定對稱矩陣；

經過反饋控制：

μ＝α(x) (2.6)

使哈密頓系統(2.2)轉變為受控閉環耗散的哈密頓系統，得到：

由式(2.2)知，J_d(x，μ)為反對稱矩陣，由此得出：

又因R_d(x)為半正定對稱矩陣，H_d(x)沿著哈密頓系統模型的軌跡對時間求導數得到：

根據Lyapunov穩定性判據，將H_d(x)作為Lyapunov函數，則哈密頓系統(2.2)在平衡點x₀處穩定。