[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

摘要

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，它包括：①建立双馈感应电机的简化动态模型；②采用非线性反馈控制规律设计hopf分岔控制器；③抑制亚临界分岔的产生；④计算频率值；⑤计算电压信号的周期值；⑥角速度测量；⑦动分岔控制，其优越性在于：①能实现系统Hopf分岔点的转移，扩大系统稳定域，抑制亚临界分岔的产生，同时可以控制极限环的稳定性及幅值，抑制系统电压振荡；②采用非线性反馈控制律来设计hopf分岔控制器对于风力发电机起到很好的控制效果；③电路设计方法简单易于实现。

主权项

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： p E d ′ E q ′ = 0 - X m / X rr X m / X rr 0 U dr U qr - 1 / T 0 ′ - s s 1 / T 0 ′ E d ′ E q ′ + 1 T 0 ′ 0 X ′ - x ss x ss - X ′ 0 I ds I qs - - - ( 1 ) E d ′ E q ′ = U ds U qs - r s - X ′ X ′ r s I ds I qs - - - ( 2 ) 双馈感应电机转子运动方程： T m d dt w m = M m - K s θ s - D m w m T g d dt w g = K s θ s - M e - D g w g d dt θ s = w 0 ( w m - w g ) - - - ( 3 ) 双馈异步发电机转子运动方程： - T j d dt s = P m - P e 1 - s - - - ( 4 ) 对式(1)(2)(3)(4)进行标幺化后得常系数微分方程组： E d ′ · = - k 1 U qr - k 2 E d ′ + s E q ′ + k 3 I qs E q ′ · = k 1 U qr - s E d ′ - k 2 E q ′ - k 3 I ds w m · = k 4 - k 5 θ s - k 6 w m w g · = k 7 θ s - k 8 - k 9 w g θ s · = k 10 ( w m - w g ) s · = k 11 / 1 - s - - - ( 5 ) ②采用非线性反馈控制规律设计hopf分岔控制器，即Um＝‑Kcw‑Knw2                                       (6)式中Kc和Kn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： p i ′ ( K c , β ) > 0 i = 1,2 , L , 6 Δ i ′ ( K c , β ) > 0 i = 1,2 , L 4 Δ 5 ′ ( K c , β ) = 0 dΔ 5 ′ ( K c , 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Kc实现风电系统分岔点的转移，扩大稳定域，调节Kn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 · = D 0 r + D 1 r + D 2 r = r [ 0.2317 β + ( 0.0536 - 0.9516 K n + 0.00416 K n 2 ) r 2 ] θ · = w + D 0 σ + D 1 σ + D 2 σ = 0.0561 β + ( 0.02544 - 0.01345 K n - 0.04256 K n 2 ) r 2 - - - ( 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/T⑦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KCw和Knw2；将两路信号经过运算放大器的‑KC‑Knw2，从而得到控制信号um；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。