[發明專利]一種DFIG網側變換器電流跟蹤非線性控制方法及其控制系統

在審

• 申請號: 202110309550.1
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113054880A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 李嵐;候傳羽;楊琦;楊旭;趙楠
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H02P9/30
• 分類號: H02P9/30;H02M5/458;H02J3/50;H02J3/16;H02M1/42
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 冷錦超;鄧東東

本發明一種DFIG網側變換器電流跟蹤非線性控制方法及其控制系統，屬于DFIG網側變換器電流跟蹤非線性控制技術領域；所要解決的技術問題為：提供一種DFIG網側變換器電流跟蹤非線性控制方法的改進；解決上述技術問題采用的技術方案為：對DFIG網側變換器進行數學建模：將DFIG網側變換器的非線性過程用狀態方程表示，建立其數學模型；采用滑模控制器實現網側變換器電壓外環控制：選取合適的滑模面，建立符合李雅普諾夫穩定性的滑模控制器，實現電壓外環控制；采用反饋線性化實現網側變換器電流內環控制：在滿足反饋線性化條件下，對DFIG網側變換器數學模型進行反饋線性化解耦，實現電流跟蹤控制，完成閉環控制過程；本發明應用于雙饋風力發電機控制。

技術領域

本發明一種DFIG網側變換器電流跟蹤非線性控制方法及其控制系統，屬于雙饋風力發電機網側變換器電流跟蹤非線性控制技術領域。

背景技術

隨著近年來風能設施的進步，風能作為可再生能源，愈來愈具有經濟競爭力和發展潛力。而目前主流的風電機組通常采用變速恒頻機組，以雙饋異步發電機組為主，其定子直接掛接電網，轉子通過三相交—直—交變換器實現交流勵磁，可以通過定子、轉子雙通道實現電功率的交換。轉子勵磁變換器常采用背靠背三相兩電平電壓型PWM變換器，兩PWM變換器按照其所在位置可分別為網側變換器和轉子側變換器。若電網發生不對稱故障時，網側將出現二倍頻交流量，最終將會傳遞至轉子側，嚴重危害DFIG風電機組的機械系統安全，故在DFIG系統中，對網側變換器的控制是如今研究的焦點問題。

目前網側變換器的控制通常采用同步旋轉坐標系下雙環級聯PI控制。在PI控制器下，網側變換器的控制雖然容易實現，但動態性能不是很理想，其中電流電壓很難進行快速跟蹤，想要達到理想的控制效果非常困難。因此，本申請提出了一種DFIG網側變換器電流跟蹤非線性控制方法及其控制系統。

發明內容

本發明為了克服現有技術中存在的不足，所要解決的技術問題為：提供一種DFIG網側變換器電流跟蹤非線性控制方法的改進及其硬件結構的改進。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種DFIG網側變換器電流跟蹤非線性控制方法，包括如下步驟：

步驟一：對DFIG網側變換器進行數學建模：將DFIG網側變換器的非線性過程用狀態方程表示，建立其數學模型；

步驟二：采用滑模控制器實現網側變換器電壓外環控制：選取合適的滑模面，建立符合李雅普諾夫穩定性的滑模控制器，實現電壓外環控制；

步驟三：采用反饋線性化實現網側變換器電流內環控制：在滿足反饋線性化條件下，對 DFIG網側變換器數學模型進行反饋線性化解耦，實現電流跟蹤控制，完成閉環控制過程。

所述步驟一建立數學模型的具體步驟為：

步驟1.1：建立DFIG網側變換器的三相靜止abc數學模型，其表達式如下：

上式中：u_a、u_b、u_c為變壓器輸出電壓，u_ra、u_rb、u_rc為網側變流器交流側電壓，R為寄生電阻，L為濾波電抗器的電感，i_a、i_b、i_c為網側變流器輸入電流，C為直流母線濾波電容，u_dc為直流母線電壓，l_load為網側流向轉子變流器的電流，S_a、S_b、S_c

為網側變換器的開關函數；

步驟1.2：通過坐標變換將網側變換器三相靜止abc數學模型轉換得到兩相靜止αβ坐標系下的數學模型，轉換關系如下：