[發(fā)明專利]一種基于分?jǐn)?shù)階滑模控制的無刷雙饋電機(jī)低壓穿越技術(shù)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910804834.0
• 申請日: 2019-08-29
• 公開（公告）號: CN112448409A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯曉鑫;張志強(qiáng);游國棟
• 申請（專利權(quán)）人: 天津科技大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電低壓穿越技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于分?jǐn)?shù)階滑模變結(jié)構(gòu)的無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)，包括機(jī)側(cè)控制器和網(wǎng)側(cè)控制器。針對傳統(tǒng)直接功率控制策略存在的對外部干擾比較敏感和電網(wǎng)電壓跌落時(shí)出現(xiàn)的無功功率紋波以及直流母線電壓較大波動等問題，提出一種基于分?jǐn)?shù)階滑模變結(jié)構(gòu)控制的無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)控制器策略。機(jī)側(cè)控制器在傳統(tǒng)直接功率控制的基礎(chǔ)上，通過引入分?jǐn)?shù)階滑模變結(jié)構(gòu)控制實(shí)現(xiàn)無刷雙饋發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率控制，不僅有較小的功率跟蹤誤差，而且能夠減小無功功率中的紋波，提高控制系統(tǒng)的動靜態(tài)性能；網(wǎng)側(cè)控制器采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)通過指數(shù)滑模變結(jié)構(gòu)控制實(shí)現(xiàn)直流母線電壓控制，內(nèi)環(huán)通過分?jǐn)?shù)階滑模變結(jié)構(gòu)控制實(shí)現(xiàn)功率側(cè)電流控制，電流跟蹤誤差較小，而且分?jǐn)?shù)階滑模變結(jié)構(gòu)能夠減小傳統(tǒng)滑模控制中存在的抖振問題，使控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。尤其在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)能夠精確控制無刷雙饋電機(jī)的有功和無功功率，抑制母線電壓波動，提升無刷雙饋電機(jī)的低壓穿越能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無刷雙饋電機(jī)直接功率控制的控制方法，尤其涉及電網(wǎng)電壓跌落時(shí)一種基于分?jǐn)?shù)階滑模變結(jié)構(gòu)的無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)控制器的控制方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的無刷雙饋發(fā)電系統(tǒng)的控制方法是僅有機(jī)側(cè)控制器，網(wǎng)側(cè)變換器直接與電網(wǎng)相連，在機(jī)側(cè)控制器中采用直接功率控制，內(nèi)環(huán)采用電流PI控制方法的閉環(huán)控制，外環(huán)采用有功功率和無功功率PI控制方法的閉環(huán)控制，但是PI控制方法不能精確追蹤正弦參考信號，并對外部干擾比較敏感，尤其在電網(wǎng)電網(wǎng)跌落時(shí)，無功功率存在紋波，直流母線電壓出現(xiàn)較大波動。

發(fā)明內(nèi)容

針對傳統(tǒng)直接功率控制策略存在的對外部干擾比較敏感和電網(wǎng)電壓跌落時(shí)出現(xiàn)的無功功率紋波以及直流母線電壓較大波動等問題，提出一種基于分?jǐn)?shù)階滑模變結(jié)構(gòu)控制的無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接功率控制策略。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：

一種基于分?jǐn)?shù)階滑模變結(jié)構(gòu)控制的無刷雙饋電機(jī)低壓穿越技術(shù)，包括下列步驟：

(1)建立無刷雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，無刷雙饋電機(jī)(Brushless Doubly-Fed Machine，BDFM)在轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型表示為：

BDFM的電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)椋?/p>

磁鏈方程為：

BDFM的有功功率和無功功率可表示為：

采用功率繞組定子磁場定向，

功率繞組在正常工作中電阻壓降遠(yuǎn)小于電機(jī)反電勢，同時(shí)也遠(yuǎn)小于電抗壓降，因此可以假設(shè)功率繞組定子磁鏈保持恒定。功率繞組定子電壓方程可以寫成下式：

由磁鏈方程可得繞組定子電流為，

其中當(dāng)轉(zhuǎn)子阻抗相對較小時(shí)，轉(zhuǎn)子磁鏈可以忽略，聯(lián)合式(5)-(9)可得，

對上式進(jìn)一步求導(dǎo)，聯(lián)合式(3)推出：

(2)機(jī)側(cè)滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)

滑模變結(jié)構(gòu)控制器是為了消除系統(tǒng)狀態(tài)變量與參考值之間的誤差，定義滑模控制器的輸入為系統(tǒng)變量與參考值之差，因此定義無刷雙饋電機(jī)的滑模變結(jié)構(gòu)控制器的狀態(tài)變量為有功功率和無功功率的實(shí)際值與參考值之間的偏差：

采用分?jǐn)?shù)階趨近律設(shè)計(jì)機(jī)側(cè)滑模變結(jié)構(gòu)控制器，通過分?jǐn)?shù)階函數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)開關(guān)函數(shù)以減小滑模切換的高頻抖振，現(xiàn)構(gòu)造如下滑模面S＝[S_P S_Q]^T：