一种采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov协调控制方法技术

本发明专利技术涉及一种采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov协调控制方法，该方法在DFIG定子侧增加一个串联变压器和一个SGSC，串联变压器次级串联在DFIG定子与电网之间，SGSC输入端接PGSC输入端，SGSC输出端通过电感L接串联变压器初级，SGSC采用基于Lyapunov控制，能够利用SGSC产生的谐波来抵消PGSC的二倍频谐波，定子电压易于控制，从而实现对系统总输出功率二倍频波动的抑制，在减小不平衡电网电压对RSC系统的影响，提高RSC系统不平衡电网电压的穿越运行能力的同时来实现系统的全局稳定性。与现有技术相比，本发明专利技术具有响应速度快、鲁棒性强、控制参数少等优点。与现有技术相比，本发明专利技术具有等优点。

A Lyapunov Coordination Control Method for DFIG Using PGSC and SGSC

The present invention relates to a L yapunov coordinated control method for DFIG using PGSC and SGSC. The method adds a series transformer and a SGSC to the stator side of DFIG. The series transformer secondary is connected in series between the DFIG stator and the power grid, the SGSC input terminal is connected with the PGSC input terminal, the SGSC output terminal is connected with the primary transformer through the inductance L, and the SGSC adopts the primary transformer. Based on Lyapunov control, the harmonic generated by SGSC can be used to offset the second harmonic of PGSC. The stator voltage is easy to control, so that the second harmonic fluctuation of the total output power of the system can be suppressed. The influence of unbalanced grid voltage on RSC system can be reduced, and the crossing operation ability of unbalanced grid voltage of RSC system can be improved. To achieve the global stability of the system. Compared with the prior art, the invention has the advantages of fast response speed, strong robustness and less control parameters. Compared with the prior art, the invention has advantages.

【技术实现步骤摘要】
一种采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov协调控制方法
本专利技术涉及一种分布式发电控制技术，尤其是涉及一种采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov协调控制方法。
技术介绍
随着风电机组对电力系统稳定性影响的增加，保证在电网电压出现不平衡时风电机组不脱网运行显得尤为重要。在众多的风力发电机中双馈异步发电机(DoublyFedInductionGenerator，DFIG)以其相对低廉的成本而得到广泛应用。DFIG的转子采用两个PWM变换器，即转子侧变换器(Rotor-SideConverter，RSC)和网侧变换器(Grid-SideConverter，GSC)。由于两个变换器通过中间的直流母线和大电容相连接，因此，可以通过网侧变换器实现网侧独立的解耦控制，得到其控制目标，改善控制质量。现有的双馈异步电机因定子电压较难控制导致响应速度较慢，且鲁棒性不强。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov协调控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov协调控制方法，用于在电网电压不平衡情况下对DFIG的机侧和网侧变换器进行协调控制，该方法在DFIG的转子采用RSC和与之并联的并联网侧变换器(parallelGSC，PGSC)，两个变换器通过中间的直流母线和大电容相连接，在DFIG的定子侧增加一个串联变压器和一个串联网侧变换器(seriesGSC，SGSC)，串联变压器次级串联在DFIG定子与电网之间，SGSC的输入端与PGSC的输入端连接，SGSC的输出端通过电感L接串联变压器初级，该方法对DFIG的机侧和网侧变换器进行协调控制的具体步骤包括：S1：对SGSC采用基于Lyapunov的协调控制，建立正、负序模型，并计算SGSC的控制目标及不同控制目标下的网侧电流参考值。SGSC的控制目标为：DFIG定子侧电压的正序分量us+与电网电压正序分量ug+始终一致，控制定子侧电压负序分量us-使其为零，即：电压不平衡下电网输至PGSC的瞬时功率S，整理成矩阵形式为：式中，上标p、n分别代表正、负序分量，下标d、q代表dq轴分量，+、-分别代表坐标轴的正、反转方向，分别为正序分量在正转坐标系d轴和q轴上的网侧电压分量，分别为负序分量在负转坐标系d轴和q轴上的网侧电压分量，分别为正序分量在正转坐标系d轴和q轴上的网侧电流分量，分别为负序分量在正转坐标系d轴和q轴上的网侧电流分量，下标g_av、g_sin2、g_cos2分别表示PGSC功率的直流分量、二倍频正弦分量、二倍频余弦分量，P、Q分别为有功功率、无功功率。SGSC的控制目标包括：目标一：网侧输入的电流不含负序分量，即：式中，上标*代表网侧指令电流值，下标series_av、series_sin2、series_cos2分别代表SGSC功率的直流分量、二倍频正弦分量、二倍频余弦分量；目标二：网侧输入有功功率只含有直流分量，即：其中，D1、D2的表达式分别为：若将ug+定向于d轴，通过调控直流电压Udc的调节器保证电压值无谐波，系统直流母线电容瞬时功率为PGSC瞬时功率减去RSC、SGSC两者的瞬时功率之和，即：式中：Pg、Pseries分别为PGSC、SGSC的输入功率，Pr为转子侧的输出功率，C为直流母线的电容；电网稳定运行条件下Udc包含直流电压平均分量和波动分量dUdc/dt两部分，即：Udc＝Udc_av+dUdc/dt＝Udc_av+1/2ωUdc_av[(Pg_sin2-Pseries_sin2)+(Pg_cos2-Pseries_cos2)]目标三：直流母线电压不含二倍频正弦udc_sin2、余弦分量udc_cos2，即：udc_sin2＝udc_cos2＝0目标四：网侧输入的无功功率只含有直流分量，即：S2：采用PIR控制器对SGSC侧交流分量进行控制。采用PIR控制器对SGSC侧交流分量进行控制的传递函数为：式中：Kp和Ki分别为比例系数、积分系数；Kr为谐振调节器的谐振系数；ωc为截止频率。S3：采用Lyapunov控制器对PGSC进行控制。网侧Lyapunov正序模型为：式中，ω为电网角频率，Lg为滤波电抗器的电感，Rg为线路上的阻抗与电感等效串联电阻之和，且：式中，x1、x2分别为正序分量在正转坐标系d轴、q轴上网侧电流分量的实际值与指令值之间差值，x3为直流母线电压的实际值与指令值之间差值，udc、分别为直流母线电压的实际值、指令值，Sd、Δd分别为d轴开关函数的实际值、指令值以及两者之间的差值，Sq、Δq分别为q轴开关函数的实际值、指令值以及两者之间的差值；构造Lyapunov函数能量函数为：Lyapunov函数能量函数的导数为：当x非0时，V(x)＞0，dV(x)/dt＞0，假设：式中，β1、β2为比例系数，忽略纹波，则开关函数的波动值取为：式中，α1、α2分别为两个比例系数；dV(x)/dt可表示为：式中：令z3＝m1z1＝m2z2，且m1、m2>0，则可得：式中，λ1min(r1,β1,m1)＞0为关于自变量m1的二次函数，λ2min(r2,β2,m2)＞0为关于自变量m2的二次函数；当取m1(0)＝(1+β1)/(2β1)时：λ1min(r1,β1,m1)＝Rg+r1[1-(1+β1)2/(4β1)]同理可得，当取m2(0)＝(1+β2)/(2β2)时：λ2min(r2,β2,m2)＝Rg+r2[1-(1+β2)2/(4β2)]当时，λ1min(r1,β1,m1)＞0成立，β0＝1+2Rg/r1；对于一个期望的不确定区间1-ε＜β1＜1+ε，1-ε＜β2＜1+ε，且则可推导出α1、α2的取值范围为：则推出正序控制为：同理可推出负序控制为：S4：采用内环Lyapunov控制、外环PI控制对RSC进行控制。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术响应速度快、鲁棒性强且控制参数少；(2)本专利技术利用SGSC产生的谐波来抵消PGSC的二倍频谐波，定子电压易于控制，从而实现对系统总输出功率二倍频波动的抑制，在减小不平衡电网电压对RSC系统的影响、提高RSC系统不平衡电网电压的穿越运行能力的同时，提高了系统的全局稳定性与鲁棒性。附图说明图1为采用SGSC的DFIG系统拓扑结构图；图2为网侧变换器的结构框图；图3为基于SGSC的DFIG协调控制框图；图4为网侧选择控制目标一～目标四、转子侧选择控制目标四时的仿真结果图，其中，图4(a)为转子电流仿真结果图，图4(b)为定子侧功率仿真结果图；图4(c)为电磁转矩仿真结果图；图5为采用SGSC+PID控制、Lyapunov控制、SGSC+Lyapunov控制三种控制策略下的直流母线电压波形图；图6为采用SGSC+PID控制的网侧电流波形图；图7为采用Lyapunov控制的网侧电流波形图；图8为采用SGSC+Lyapunov控制策略网侧电流波形图；图9为采用SGSC+PID控制、Lyapunov控制、SGSC+Lyapunov控制三种控制策略下的网侧有功功率波形图；图10为采用SGSC+PID控制、Lyapunov控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov协调控制方法，用于在电网电压不平衡情况下对DFIG的机侧和网侧变换器进行协调控制，其特征在于，该方法在DFIG的转子采用RSC和与之并联的PGSC，两个变换器通过中间的直流母线和大电容相连接，在DFIG的定子侧增加一个串联变压器和一个SGSC，串联变压器次级串联在DFIG定子与电网之间，SGSC的输入端与PGSC的输入端连接，SGSC的输出端通过电感L接串联变压器初级，该方法对DFIG的机侧和网侧变换器进行协调控制的具体步骤包括：1)对SGSC采用基于Lyapunov的协调控制，建立正、负序模型，并计算SGSC的控制目标及不同控制目标下的网侧电流参考值；2)采用PIR控制器对SGSC侧交流分量进行控制；3)采用Lyapunov控制器对PGSC进行控制；4)采用内环Lyapunov控制、外环PI控制对RSC进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov协调控制方法，用于在电网电压不平衡情况下对DFIG的机侧和网侧变换器进行协调控制，其特征在于，该方法在DFIG的转子采用RSC和与之并联的PGSC，两个变换器通过中间的直流母线和大电容相连接，在DFIG的定子侧增加一个串联变压器和一个SGSC，串联变压器次级串联在DFIG定子与电网之间，SGSC的输入端与PGSC的输入端连接，SGSC的输出端通过电感L接串联变压器初级，该方法对DFIG的机侧和网侧变换器进行协调控制的具体步骤包括：1)对SGSC采用基于Lyapunov的协调控制，建立正、负序模型，并计算SGSC的控制目标及不同控制目标下的网侧电流参考值；2)采用PIR控制器对SGSC侧交流分量进行控制；3)采用Lyapunov控制器对PGSC进行控制；4)采用内环Lyapunov控制、外环PI控制对RSC进行控制。2.根据权利要求1所述的一种采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov协调控制方法，其特征在于，步骤1)中，SGSC的控制目标为：DFIG定子侧电压的正序分量us+与电网电压正序分量ug+始终一致，控制定子侧电压负序分量us-使其为零，即：电压不平衡下电网输至PGSC的瞬时功率S，整理成矩阵形式为：式中，上标p、n分别代表正、负序分量，下标d、q代表dq轴分量，+、-分别代表坐标轴的正、反转方向，分别为正序分量在正转坐标系d轴和q轴上的网侧电压分量，分别为负序分量在负转坐标系d轴和q轴上的网侧电压分量，分别为正序分量在正转坐标系d轴和q轴上的网侧电流分量，分别为负序分量在正转坐标系d轴和q轴上的网侧电流分量，下标g_av、g_sin2、g_cos2分别表示PGSC功率的直流分量、二倍频正弦分量、二倍频余弦分量，P、Q分别为有功功率、无功功率。3.根据权利要求2所述的一种采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov协调控制方法，其特征在于，SGSC的控制目标包括：目标一、网侧输入的电流不含负序分量，即：式中，上标*代表网侧指令电流值，下标series_av、series_sin2、series_cos2分别代表SGSC功率的直流分量、二倍频正弦分量、二倍频余弦分量；目标二、网侧输入有功功率只含有直流分量，即：Pg_sin2-Pseries_sin2＝0，Pg_cos2-Pseries_cos2＝0其中，D1、D2的表达式分别为：若将ug+定向于d轴，通过调控直流电压Udc的调节器保证电压值无谐波，系统直流母线电容瞬时功率为PGSC瞬时功率减去RSC、SGSC两者的瞬时功率之和，即：式中：Pg、Pseries分别为PGSC、SGSC的输入功率，Pr为转子侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：程启明，程尹曼，陈路，孙伟莎，李涛，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31