專利名稱：一種基于電壓不平衡數(shù)學模型的無刷雙饋電機網(wǎng)側(cè)變換器控制策略的制作方法
一種基于電壓不平衡數(shù)學模型的無刷雙饋電機網(wǎng)側(cè)變換器控制策略方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于電壓不平衡數(shù)學模型的無刷雙饋電機網(wǎng)側(cè)變換器的控制策 略，屬于新能源利用與控制和電工、電力電子的交叉技術領域。背景技術：
目前，能源消耗在全球范圍內(nèi)迅猛增長，其中礦物燃料能源的消耗仍將占據(jù)主導 地位，隨之會引發(fā)環(huán)境、健康、經(jīng)濟和能源安全等諸多問題。在過去20年里，可再生能源技 術在成功地降低了成本的同時，其可靠性和性能也取得了很大突破。其中風能作為可再生 的、無污染的清潔能源受到人類越來越多的重視。據(jù)目前研究情況來看，變速恒頻風力發(fā)電技術是最有前景一種風能利用技術，其 中無刷雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)以其調(diào)節(jié)方式直接，機構簡單，堅固耐用等優(yōu)點，成為研究熱點 和發(fā)展方向。變速恒頻無刷雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)運行時通常將發(fā)電機功率繞組接入工頻電網(wǎng)，繞 組與幅值、頻率、相位和相序均可調(diào)節(jié)的四象限變換器連接，該變換器又分為網(wǎng)側(cè)變換器和 控制繞組側(cè)變換器，它們的控制和運行是獨立的。網(wǎng)側(cè)變換器的主要功能是保持直流母線 電壓的穩(wěn)定、輸入電流正弦和控制輸入功率因數(shù)。目前變換器控制策略很多，包括靜止PI控制、模糊PID控制、直接功率控制、電流 滯環(huán)控制、無差拍控制、基于李亞普諾夫法控制、預測控制、非線性控制、神經(jīng)網(wǎng)路控制、模 糊滑模變結(jié)構控制、基于單周期控制等等，但是縱觀上述的控制方法，其使用的控制策略所 采用的數(shù)學模型基本上都是在電網(wǎng)平衡條件下推導出來的，但是在實際的三相電網(wǎng)中，由 于各種原因常常造成電網(wǎng)電壓的不平衡，而對于在電網(wǎng)電壓平衡條件下設計的控制策略， 往往會形成頻率低、幅值高的諧波，嚴重影響了網(wǎng)側(cè)變換器的運行性能。為此必須建立基于 電網(wǎng)電壓不平衡時網(wǎng)側(cè)變換器數(shù)學模型的控制策略，從控制策略上抑制變換器的直流電壓 諧波和交流電流諧波。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于建立一種基于電壓不平衡數(shù)學模型的無刷雙饋電機網(wǎng)側(cè)變換 器的控制策略，利用對稱分量法將不平衡的電壓矢量分解為平衡的正序，負序和零序分量， 建立電壓不平衡時網(wǎng)側(cè)變換器的數(shù)學模型，同時針對網(wǎng)側(cè)變換器模型中存在耦合項和外部 擾動的問題，使用自抗擾控制理論，采用擴張狀態(tài)觀測器進行觀測并補償。本發(fā)明提供的基于電壓不平衡數(shù)學模型的無刷雙饋電機網(wǎng)側(cè)變換器的控制方法， 包括以下工作步驟第1、利用對稱分量法建立電網(wǎng)電壓不平衡條件下網(wǎng)側(cè)變換器的數(shù)學模型；第2、分析第1步建立的數(shù)學模型，設計控制策略抑制交流側(cè)負序電流，確定狀態(tài) 方程中電流的交叉耦合項和外部擾動項，利用自抗擾控制技術的擴張狀態(tài)觀測器加以估計，從而提高控制系統(tǒng)的品質(zhì)；第3、設計自抗擾控制技術的跟蹤微分器，以實現(xiàn)控制策略合理的過渡過程，降低 輸出的超調(diào)量；第4、設計自抗擾控制技術的非線性反饋環(huán)節(jié)，以提高系統(tǒng)控制效率。上述第1步所說的網(wǎng)側(cè)變換器的數(shù)學模型是基于d_q坐標系下的狀態(tài)方程；設三 相電網(wǎng)不平衡電壓矢量為{Ea，Eb, EJ，假設不存在零序分量，則電網(wǎng)電壓復矢量存在正、負 序分量，即Edq Epd,+E廣1(1)Edq=\[Ea + Ebe^+Ece-^~J式中，ω為電網(wǎng)電壓角頻率；紹、分別為d_q坐標系中正、負序電網(wǎng)電壓復矢 量，Ed； = E/+JE； ；Ed； = Edn+jEqn⑵由式⑵可以看出，在d_q坐標系中，電網(wǎng)電壓正序復矢量^q1Vut是一個模為 IEdqpI且按逆時針方向以角頻率ω旋轉(zhuǎn)的空間矢量，而電網(wǎng)電壓負序復矢量Kq1V^t則是 模為IhtlnI且按順項時針方向以角頻率ω旋轉(zhuǎn)的空間矢量；dl,_8] Edq=Vdq+L-^+RIdq(3)式(3)中、二魯為d-q坐標系中交流輸入端基波電壓合成矢量；Idq =|[/a + I廣+ 1廣13 ]為d_q坐標系中交流輸入端基波電流合成矢量； 當電網(wǎng)電壓不平衡時，Vtkl Itkl均含有正負序分量，可記為(4)T - T PpJmt 4- J nP-Jtot/dq — Ldq 匕 卞1 dq 匕式(4)中，Vd(1P Vd:分別為同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標系中交流輸入端基波電壓的正負序復 分量；Vd； = V/+JV； ；Vd； = Vdn+jVqn(5)IdqP = I/+JI； ；Id； = Idn+jlqn(6)將式(1)、(3)聯(lián)立，可以得到d_q坐標系下網(wǎng)側(cè)變換器正負序復矢量模型方程為V =L^ + RId/+ JmLIdq" + Vd/(7)<dl"Edq"+RId；-JaLIdq"+Vd； 將式O)、、(5)、(6)代入式(7)中，可以推導出電壓不平衡時網(wǎng)側(cè)變換器基于 d-q坐標系的狀態(tài)方程
權利要求
1.一種基于電壓不平衡數(shù)學模型的無刷雙饋電機網(wǎng)側(cè)變換器的控制策略，其特征在于 該方法包括以下工作步驟第1、利用對稱分量法建立電網(wǎng)電壓不平衡條件下網(wǎng)側(cè)變換器的數(shù)學模型； 第2、分析第1步建立的數(shù)學模型，設計控制策略抑制交流側(cè)負序電流，確定狀態(tài)方程 中電流的交叉耦合項和外部擾動項，利用自抗擾控制技術的擴張狀態(tài)觀測器加以估計，從 而提高控制系統(tǒng)的品質(zhì)；第3、設計自抗擾控制技術的跟蹤微分器，以實現(xiàn)控制策略合理的過渡過程，降低輸出 的超調(diào)量；第4、設計自抗擾控制技術的非線性反饋環(huán)節(jié)，以提高系統(tǒng)控制效率。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于第1步所說的網(wǎng)側(cè)變換器的數(shù)學模型是 基于d-q坐標系下的狀態(tài)方程；設三相電網(wǎng)不平衡電壓矢量為{Ea，&，E。}，假設不存在零序 分量，則電網(wǎng)電壓復矢量存在正、負序分量，即
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于第2步中所說的電流的交叉耦合項和外 部擾動項可從式(8)所示的狀態(tài)方程中推導出，計及網(wǎng)側(cè)變換器外部擾動的狀態(tài)方程( 式經(jīng)整理得
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于第2步中所說的基于自抗擾技術的擴張 狀態(tài)觀測器對電流的交叉耦合項和外部擾動項的估計中，令負序電流分量為零，得到狀態(tài) 觀測器的方程
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于第3步中所說的跟蹤微分器的方程為
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于第4步中所說的非線性反饋環(huán)節(jié)根據(jù)電 流過渡過程Iljiy和狀態(tài)估計xy，之間的誤差以及擾動估計值Z2 xy構成如下
全文摘要
一種基于電壓不平衡數(shù)學模型的無刷雙饋電機網(wǎng)側(cè)變換器的控制策略，利用對稱分量法將不平衡的電壓矢量分解為平衡的正序，負序和零序分量，建立電壓不平衡時網(wǎng)側(cè)變換器的數(shù)學模型，同時針對網(wǎng)側(cè)變換器模型中存在耦合項和外部擾動的問題，使用自抗擾控制理論，采用擴張狀態(tài)觀測器進行觀測并補償。本發(fā)明設計的非線性控制方法可以很好的抑制電壓不平衡條件下網(wǎng)側(cè)變換器的諧波問題，并同時具有抗干擾能力強，魯棒性好等優(yōu)點。
文檔編號H02M1/14GK102055205SQ20101051857
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權日2010年10月26日
發(fā)明者于陽, 劉欣, 周宣征, 周雪松, 朱毅然, 李季, 李超, 邵磊 申請人:天津理工大學