【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于垂直轴风力发电机功率调节系统的，具体涉及一种基于风力发电机功率调节的多级配置与鲁棒控制策略系统。
技术介绍
1、目前，太阳能、储能电池和风力发电机等不同的可再生能源(res)是常见的可再生能源，并被集成到交流/直流微电网系统中。目前，风能开发中常用的可再生能源是水平轴风力发电机(hwt)，而用于交流/直流微电网系统的功率调节系统大多基于水平轴风力发电机。
2、目前，常用的电网侧逆变器拓扑结构是三相电压源逆变器，而单相电压源逆变器则采用全桥逆变器。在北美等低电压住宅应用中，分相电压更为理想。此外，常见的逆变器拓扑结构还包括heric和全桥逆变器，但它们主要用于单相电压等级。采用分相逆变器拓扑结构及其控制方面，以满足分相住宅用户需求的应用越来越受到关注。
3、风力发电机作为可再生能源向交流配电分相负载传输能量时，涉及多个交流/直流和直流/交流阶段。正确选择每个阶段的dc/dc转换器和dc/ac逆变器拓扑结构及其控制策略，对于在任何瞬态或源/负载扰动下，平稳地将功率从源端传输到负载端至关重要。实现垂直轴风力发电机的最大功率点跟踪也是一个重要且关键的控制目标。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供基于风力发电机功率调节的多级配置与鲁棒控制策略系统，提供了一整套包括鲁棒控制策略的拓扑结构，用于高效地将能量从源端传输到负载端，应用于垂直轴风力发电机与分相逆变器的功率调节系统。该过程被称为垂直轴风力功率调节系统(vawt-pcs)。控制策略最终将调
2、本专利技术的另一目的在于提供基于风力发电机功率调节的多级配置与鲁棒控制策略系统，第一阶段的控制目标是实现垂直轴风力发电机的最大功率点运行，并稳定直流母线电压的电压；第二阶段的控制目标是减小基波和高次谐波的影响，同时调节输出分相电压的电平。
3、为达到以上目的，本专利技术提供一种基于风力发电机功率调节的多级配置与鲁棒控制策略系统，包括第一阶段配置模块、第二阶段配置模块，以及连接于所述第一阶段配置模块和所述第二阶段配置模块之间的直流母线(dc电气总线)，其中：
4、所述第一阶段配置模块包括依次连接的垂直轴风力发电机、永磁同步发电机(pmsg)、(交流/直流)整流器、输入(lc)滤波器、第一阶段(dc/dc)升压转换器、电池和第二阶段(dc/dc)升压转换器，所述第一阶段配置模块的控制目标是实现垂直轴风力发电机的最大功率点运行，并稳定直流母线的电压；
5、所述第二阶段配置模块包括直流平衡电容器、分相逆变器和输出滤波器，所述第二阶段配置模块的控制目标是减小基波和高次谐波的影响，同时调节输出分相电压的电平(调节分相交流输出电压并抑制交流电网侧的总谐波失真)。
6、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，对于所述第一阶段配置模块：
7、垂直轴风力发电机的输出连接到永磁同步发电机(pmsg)的输入端，永磁同步发电机用于将机械功率转换为电能；
8、永磁同步发电机的输出端是三相交流(ac)电信号，该电信号连接到六脉冲无控制交流/直流二极管的所述整流器的阳极和阴极端，该整流器用于将交流电信号转换为直流电信号，六个二极管被分为上下臂配置，每个臂包含三个水平二极管，其中上臂的二极管在pmsg输入电压的正半周期导通，下臂的二极管在pmsg输入电压的负半周期导通；
9、整流器的输出端连接到输入滤波器的输入端，输入滤波器是低通滤波器，用于衰减来自整流器线路侧的频率成分(用于抑制高频成分并提供平滑的直流信号)，整流器的上臂的阴极端连接到输入滤波器的电感l1的输入端，电感l1限制高频电流波动，电感l1的输出端连接到电容c1的正端，电容c1提供一个低阻抗通路，以滤除高频电压成分，电容c1的负端连接到整流器的下臂的阴极端；
10、输入滤波器的输出端连接到第一阶段升压转换器，用于为垂直轴风力发电机提供最大功率点跟踪(mppt)；通过从输入滤波器的输出端感测电压和电流(通过电流传感器和电压传感器)，将感测到的电压和电流应用于最大功率点跟踪(mppt)算法，生成参考占空比，并通过脉宽调制器控制第一阶段升压转换器中开关设备s1的开关时间，从而实现垂直轴风力发电机的最大功率输出；
11、第一阶段升压转换器的输出端通过电容c2连接在电池的正负端之间；
12、电池是第一阶段和第二阶段升压转换器之间的中间点，电池提供稳定性并提高整个系统的电能质量；
13、电池的输出端连接到第二阶段升压转换器的输入端，电池的正端连接到第二阶段升压转换器的升压输入电感l3，电池的负端连接到第二阶段升压转换器的开关s2，第二阶段升压转换器的输出端连接到直流母线并且用于调节直流母线电压，第二阶段升压转换器的控制目标是稳定直流母线电压，感测到的直流母线输出电压与直流母线参考电压进行比较，根据两者之间的误差，通过脉宽调制器控制第二阶段升压转换器中开关器件s2的开关时长；作为直流微电网使用的直流母线是第一阶段配置模块和第二阶段配置模块之间的中间点。
14、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，直流母线的正端分别与整流器的上臂的二极管的阴极端、电感l1、l2、l3、电容c1、c2、c3的正端、二极管d1、d2、电池的正端、控制开关s1和s2的上端连接，直流母线的负端分别与整流器的下臂的二极管的阳极端、电容c1、c2、c3的负端、电池的负端、控制开关s1和s2的下端连接。
15、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，对于所述第二阶段配置模块：
16、直流平衡电容器连接在直流母线电压的正端和负端之间并且连接在直流母线和分相逆变器之间，直流平衡电容器的中点连接到电网侧的ac中性点，用于提供零中性点；
17、分相逆变器采用双半桥配置，分相逆变器的开关s3、s4用于调节正向分相电压，开关s5、s6用于调节负向分相电压(双半桥配置的分相逆变器电路302通过将直流电(dc)转换为高频脉冲，然后通过滤波电感器lsp和电容器csp滤波，将其转换为纯正弦波交流电(ac)输出)；
18、分相逆变器的输出端有低通的输出滤波器，双半桥臂开关s3和s4的中间点，以及开关s5和s6的中点分别各连接到一个滤波电感lsp的一端，滤波电感lsp的输出端连接到滤波电容csp的输入端，用于衰减高频成分，输出滤波器的输出端生成电压等级vsp1、vsp2和vsp3(304)；
19、在输出滤波器的输出端感测分相电压和电流，感测到的分相电压和电流被反馈并发送信号到相应的控制器(包括脉宽调制器)，用于控制开关s3、s4的开关时长，以调节第一条线路的分相电压；同时，通过开关s5和s6调节第二条线路的分相电压(这四个开关以h型配置连接，从而构成双半桥逆变器)。
20、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，通过第一阶段升压转换器实现垂直轴风力发电机的最大功率点运行，具体实施为：
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【技术保护点】
1.一种基于风力发电机功率调节的多级配置与鲁棒控制策略系统，其特征在于，包括第一阶段配置模块、第二阶段配置模块，以及连接于所述第一阶段配置模块和所述第二阶段配置模块之间的直流母线，其中：
2.根据权利要求1所述的一种基于风力发电机功率调节的多级配置与鲁棒控制策略系统，其特征在于，对于所述第一阶段配置模块：
3.根据权利要求2所述的一种基于风力发电机功率调节的多级配置与鲁棒控制策略系统，其特征在于，直流母线的正端分别与整流器的上臂的二极管的阴极端、电感L1、L2、L3、电容C1、C2、C3的正端、二极管D1、D2、电池的正端、控制开关S1和S2的上端连接，直流母线的负端分别与整流器的下臂的二极管的阳极端、电容C1、C2、C3的负端、电池的负端、控制开关S1和S2的下端连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于风力发电机功率调节的多级配置与鲁棒控制策略系统，其特征在于，对于所述第二阶段配置模块：
5.根据权利要求4所述的一种基于风力发电机功率调节的多级配置与鲁棒控制策略系统，其特征在于，通过第一阶段升压转换器实现垂直轴风力发电机的最大功率
6.根据权利要求5所述的一种基于风力发电机功率调节的多级配置与鲁棒控制策略系统，其特征在于，通过第二阶段升压转换器实现直流母线的电压稳定，具体实施为：
7.根据权利要求4所述的一种基于风力发电机功率调节的多级配置与鲁棒控制策略系统，其特征在于，所述第二阶段配置模块具体实施为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于风力发电机功率调节的多级配置与鲁棒控制策略系统，其特征在于，包括第一阶段配置模块、第二阶段配置模块，以及连接于所述第一阶段配置模块和所述第二阶段配置模块之间的直流母线，其中：
2.根据权利要求1所述的一种基于风力发电机功率调节的多级配置与鲁棒控制策略系统，其特征在于，对于所述第一阶段配置模块：
3.根据权利要求2所述的一种基于风力发电机功率调节的多级配置与鲁棒控制策略系统，其特征在于，直流母线的正端分别与整流器的上臂的二极管的阴极端、电感l1、l2、l3、电容c1、c2、c3的正端、二极管d1、d2、电池的正端、控制开关s1和s2的上端连接，直流母线的负端分别与整流器的下臂的二极管的阳极端、电容c1、c2、c3的负...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈国柱，阿里穆罕默德萨基布，朱浩旗，陈黎君，高康，张雷森，张建，张玉杰，
申请(专利权)人：浙江大学绍兴研究院，
类型：发明
国别省市：
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