[發(fā)明專利]一種永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機側(cè)控制器的控制方法

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• 申請日: 2022-03-16
• 公開（公告）號: CN114614508A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬薇薇;段玖祥;王志剛;譚銳;謝竟成;周國平
• 申請（專利權(quán)）人: 國能南京電力試驗研究有限公司
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46
• 代理公司: 深圳市賓亞知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44459
• 代理人: 李思坪

一種永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機側(cè)控制器的控制方法，包括確定系統(tǒng)、確定端口變量、設(shè)計內(nèi)部阻尼結(jié)構(gòu)、設(shè)計外部互聯(lián)結(jié)構(gòu)、計算能量函數(shù)、設(shè)置平衡點、確定控制能量、列能量控制方程、求解控制變量、控制策略實施到最終仿真實驗環(huán)節(jié)。在設(shè)計外部互聯(lián)結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)后加入數(shù)學(xué)模型檢驗作為反饋至確定端口變量環(huán)節(jié)，而在控制策略實施環(huán)節(jié)后加入收斂性分析作為反饋至設(shè)置平衡點環(huán)節(jié)，該控制方法引進了哈密爾頓系統(tǒng)理論中的互聯(lián)和阻尼配置的無源性控制方法，并進行了端口受控哈密爾頓(Port?Controlled Hamiltonian，PCH)控制器的設(shè)計，將整個控制系統(tǒng)看作多端口的能量變換裝置，應(yīng)用PCH控制系統(tǒng)理論，研究永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機側(cè)的高性能控制，為系統(tǒng)的魯棒性與非線性控制提供了新的途徑和方法。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】

全世界范圍內(nèi)主要的能源來自于天然氣和石油，是一種儲量有限不可再生資源，隨著不斷地消耗和開采全世界范圍內(nèi)都存在著能源危機的困境局面，把新一代無污染高能效的能源目標(biāo)落在了太陽能和風(fēng)能領(lǐng)域。受限于目前的科技水平和技術(shù)手段，太陽能利用率較低應(yīng)用范圍較窄。

風(fēng)能為解決全球能源危機和環(huán)境污染問題，提供了更好的選擇和實現(xiàn)方向，為更多技術(shù)領(lǐng)域施加了動力提供了廣闊的市場和前景。永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于其沒有齒輪箱等優(yōu)點，成為學(xué)者們和工業(yè)界研究的熱點。專家們針對永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的機側(cè)整流環(huán)節(jié)的非線性特點，提出了各種非線性控制策略，如反饋線性化，基于李亞普諾夫理論的無源控制，基于EL模型的無源控制等，但上述控制策略的不足是穩(wěn)態(tài)性能、抗負(fù)載擾動能力不理想。目前的各種理論上的控制方法都是以系統(tǒng)的穩(wěn)定性作為首要目標(biāo)進行設(shè)計，但是在實際的應(yīng)用中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性只是目標(biāo)之一，在達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)目標(biāo)之上，結(jié)合提升系統(tǒng)的性能與系統(tǒng)的魯棒性，都是重要的設(shè)計目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明針對以上問題提出了一種針對永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機側(cè)整流環(huán)節(jié)，應(yīng)用哈密頓非線性系統(tǒng)理論中的無源性控制方法，進行了端口受控哈密爾頓(Port-ControlledHamiltonian，簡稱PCH)控制器的設(shè)計，從能量成型的角度來研究整流部分的控制問題，將整個控制系統(tǒng)看作多端口的能量變換裝置，應(yīng)用PCH控制系統(tǒng)理論，研究永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機側(cè)的高性能控制，為系統(tǒng)的魯棒性與非線性控制提供了新的途徑和方法。

本發(fā)明所涉及的一種永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機側(cè)控制器的控制方法，其特征在于，該控制方法包括依次進行的確定系統(tǒng)、確定端口變量、設(shè)計內(nèi)部阻尼結(jié)構(gòu)、設(shè)計外部互聯(lián)結(jié)構(gòu)、計算能量函數(shù)、設(shè)置平衡點、確定控制能量、列能量控制方程、求解控制變量、控制策略實施到最終仿真實驗環(huán)節(jié)，其中還包括數(shù)學(xué)模型檢驗，在設(shè)計外部互聯(lián)結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)后加入一個數(shù)學(xué)模型檢驗作為反饋至確定端口變量環(huán)節(jié)，而在控制策略實施環(huán)節(jié)后加入一個收斂性分析反饋至設(shè)置平衡點環(huán)節(jié)。

其中在確定系統(tǒng)環(huán)節(jié)中包括將系統(tǒng)劃分子系統(tǒng)過程，基于能量的角度將要研究的永磁風(fēng)力系統(tǒng)劃分為機械子系統(tǒng)和電磁子系統(tǒng)，機械子系統(tǒng)的輸入為轉(zhuǎn)矩和輸出為機械角速度，電磁子系統(tǒng)的輸入為電壓和輸出為電流。

在最終的仿真實驗環(huán)節(jié)中，經(jīng)過仿真，得到的永磁發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的實際值和期望值的仿真曲線。

該數(shù)學(xué)模型檢驗的環(huán)節(jié)是建立風(fēng)電系統(tǒng)PCH數(shù)學(xué)模型，在實現(xiàn)對系統(tǒng)整流環(huán)節(jié)的控制時，我們把傳動系統(tǒng)、永磁發(fā)電機和整流器看成一個整體，最終得到端口受控系統(tǒng)在d-q坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型如式(1)

其中，L_d，L_q為永磁發(fā)電機三相繞組的電感在d-q坐標(biāo)系下的d軸和q軸分量，單位為H；

i_d，i_q為永磁發(fā)電機三相繞組的電流在d-q坐標(biāo)系下的d軸和q軸分量，單位為A；

n_p為永磁發(fā)電機的極對數(shù)；