[发明专利]基于回路成形的双馈电机定子电流鲁棒控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电技术领域的控制方法，具体是一种基于回路成形的双馈电机定子电流鲁棒控制方法。

技术背景

随着全球能源危机以及气候环境问题的不断发展，可再生能源发电技术日益受到世界各国的重视。目前，风力发电技术较为成熟，并网风电装机容量上升较快，风电机组也正向着大型化、海上化的方向发展，这些因素在一定程度上要求风力发电机具有更好的控制性能。在各种风力发电技术中，双馈型感应发电机以其所需变频器容量小、系统效率高以及功率因数可调等优点，成为了当前变速恒频风力发电机的主流机型。双馈电机现有控制方法大致可以分为基于磁场/电压定向的矢量控制，以及直接功率/转矩控制；一般都是基于旋转坐标变换与PI较为(比例积分)调节器，通过控制双馈电机交流侧电流间接控制定子电流以及输出功率。

现有控制方法在一定程度上解决了双馈电机的有关控制问题。但PI调节器的参数设计往往依赖于工程调试经验，实际中由于电机参数与外界扰动的并不确定性，造成现有控制器参数设计存在一定盲目性。为了解决现有控制器鲁棒性差、参数整定繁琐等不足，专利CN101388637B提出一种带前馈补偿的双馈风力发电机鲁棒控制方法，利用加权函数与回路成形方法设计具有良好鲁棒性的双馈电机转子电流控制器。该方法的不足在于：1、在同步坐标系下进行控制，须附加前馈补偿，降低了鲁棒控制器的改善效果；2、通过转子电流间接控制定子电流，增加了参数不确定性的干扰。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于回路成形的双馈电机定子电流鲁棒控制方法。本发明可以设计满足控制要求的H∞电流调节器，并可以直接对定子电流进行控制，提高双馈电机控制系统的鲁棒性能，且便于实现。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

本发明的一种基于回路成形的双馈电机定子电流鲁棒控制方法，包括以下步骤：

(1)在定子两相静止αβ坐标系下，建立双馈电机的数学模型，该模型的输入为定子电压u_{s_αβ}、转子电压u_{r_αβ}、转子转速ω_r，输出为定子电流i_{s_αβ}；

(2)根据控制目标、参数摄动以及外界干扰构造一组权函数，包括性能权函数W_p、输出权函数W_y和控制权函数W_u，其中性能权函数用于满足定子电流无差跟踪调节的要求，输出权函数用于增强定子电流控制的鲁棒性，控制权函数用于限制电流调节器的输出幅值，权函数与双馈电机的数学模型一起构成广义控制对象模型P，广义控制对象模型的输入为定子电流参考信号电网电压u_{s_αβ}、转子转速ω_r与转子电压u_{r_αβ}，输出为性能加权z_p、输出加权z_y、控制加权z_u与定子电流误差△i_{s_αβ}；

(3)利用回路成形法，迭代地求得一个2输入2输出的参数化H∞电流调节器，使得广义控制对象模型P与H∞电流调节器构成的闭环回路具有最小的H∞范数；

(4)测量得到双馈电机的三相定子电压u_{s_abc}、三相定子电流i_{s_abc}，并转换到定子两相静止αβ坐标系下得到u_{s_αβ}和i_{s_αβ}，计算得到定子有功功率P_s和无功功率Q_s，测量得到转子角速度ω_r与位置信号θ_r；

(5)将有功功率P_s与其参考信号比较后得到有功功率误差信号△P_s，将无功功率Q_s与其参考小信号比较后得到无功功率误差信号△Q_s；

(6)将功率误差信号△P_s和△Q_s通过比例积分调节，得到dq轴同步坐标系下的定子电流参考信号和

(7)利用定子电压u_{s_αβ}将dq轴同步坐标系下的定子电流参考信号和转换到静止坐标系下，得到静止坐标系下的定子电流参考信号

(8)将静止坐标系下的定子电流i_{s_αβ}与参考信号进行比较，得到电流误差信号△i_{s_αβ}；