[发明专利]一种基于非线性反馈控制的风力发电机的动分岔控制方法

权利要求书

1.一种基于非线性反馈控制的风力发电机的动分岔控制方法，其特征在于它包括以下步骤：

①对于一个由一台风力发电机组、输电线和无穷大母线系统组成的电力系统，建立双馈感应电机的简化动态模型：

pEd′Eq′=0-Xm/XrrXm/Xrr0UdrUqr-1/T0′-ss1/T0′Ed′Eq′+1T0′0X′-xssxss-X′0IdsIqs---(1)]]>

Ed′Eq′=UdsUqs-rs-X′X′rsIdsIqs---(2)]]>

双馈感应电机转子运动方程：

Tmddtwm=Mm-Ksθs-DmwmTgddtwg=Ksθs-Me-Dgwgddtθs=w0(wm-wg)---(3)]]>

双馈异步发电机转子运动方程：

-Tjddts=Pm-Pe1-s---(4)]]>

对式(1)(2)(3)(4)进行标幺化后得常系数微分方程组：

Ed′·=-k1Uqr-k2Ed′+sEq′+k3IqsEq′·=k1Uqr-sEd′-k2Eq′-k3Idswm·=k4-k5θs-k6wmwg·=k7θs-k8-k9wgθs·=k10(wm-wg)s·=k11/1-s---(5)]]>

②采用非线性反馈控制规律设计hopf分岔控制器，即

U_m＝-K_cw-K_nw²                                       (6)

式中K_c和K_n分别表示线性和非线性状态反馈系数；

受控系统发生Hopf分岔充要条件：

pi′(Kc,β)>0i=1,2,L,6Δi′(Kc,β)>0i=1,2,L4Δ5′(Kc,β)=0dΔ5′(Kc,β)dβ≠0---(11)]]>

其中Δ′_i为Hurwitz行列式；p′_i为Jacobion矩阵特征方程系数；

③根据Hurwitz定理，通过改变K_c实现风电系统分岔点的转移，扩大稳定域，调节K_n实现风电系统极限环幅值的控制，从而实现极限环稳定性的控制，以抑制亚临界分岔的产生；

④再运用多尺度法和谐波平衡法求解6维系统的极坐标形式的三阶规范性：

r·=D0r+D1r+D2r=r[0.2317β+(0.0536-0.9516Kn+0.00416Kn2)r2]θ·=w+D0σ+D1σ+D2σ=0.0561β+(0.02544-0.01345Kn-0.04256Kn2)r2---(12)]]>

分析式(12)可得受控系统平衡点的稳定性及分岔情况。r＝0是系统的平衡点，β＜0时稳定，即发生超临界分岔；β＞0时不稳定，发生亚临界分岔；

⑤将电压信号的正弦波转化成方波，然后利用控制模块的中断口和定时器来获取周期值，从而计算得出频率值；

⑥将转换后的方波信号接入控制模块的中断口，在电平下降沿、上升沿和任意电平变化都可以发中断，在中断信号触发时，记录下计时器的值，同时将定时器清零，进行下次的计时，此时计时器的值就是所测电压信号的周期值；中断口启用了上升沿触发中断，两个中断之间的时间由定时器记录，所记录的值T就是电压信号的周期值，根据那么角速度可由一下公式算出：

w＝2π/T

⑦通过角速度测量模块的信号转换电路得到风力机周期，再经运算得到风力机的角速度w，将角速度w分别经过放大环节和乘法器得到K_Cw和K_nw²；将两路信号经过运算放大器的-K_C-K_nw²，从而得到控制信号u_m；

⑧将控制信号传送给风力发电机系统中，从而实现对风力发电机的动分岔控制。