申请/专利权人：东北电力大学

申请日：2022-08-29

公开（公告）日：2024-06-04

公开（公告）号：CN115395564B

主分类号：H02J3/38

分类号：H02J3/38;H02J3/48;H02J3/50;H02P9/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.04#授权;2022.12.13#实质审查的生效;2022.11.25#公开

摘要：本发明是一种双馈风机详细能量函数构造及控制方法，其特点是，能够揭示双馈风机内部的能量构成，并将详细能量应用于双馈风机的控制，包括：构建双馈风机详细能量函数、基于详细能量的双馈风机阻尼控制步骤，是根据双馈风机的详细模型，对双馈风机内部各环节进行分层解析，对其能量结构进行精细化建模，构建能够反映其动态特性并且考虑内部各个控制环节的详细能量函数。由此分析得到能够快速、有效调节能量的双馈风机内部参数，结合滑模控制，实现对双馈风机能量的控制，为双馈风机详细能量建模及风电并网系统协调控制提供理论基础。具有科学合理，适用性强，效果佳的优点。

主权项：1.一种双馈风机详细能量函数构造及控制方法，其特征是，能够揭示双馈风机内部的能量构成，并将详细能量应用于双馈风机的控制，它包括以下步骤：1构建双馈风机详细能量函数双馈风机内电势相位及幅值模型为： 式中：B2＝2U0cosδ0-E0E0，B3＝-2U0sinδ0E0，B4＝2U0cosδ0-E0U0，B5＝Xcosδ0U0，B6＝Xsinδ0U0，A1＝1-srXXmE0Xscosδ0，A2＝-tanδ0E0，A3＝[Xs-X1-sr]E0Xscosδ0，A4＝-U0Xm1-sr[iq0Xs-U01-sr]，A6＝Xs[iq0Xs-U01-sr]，Grs＝kprs+kir2Hs，E0为内电势的初值，U0为端口电压的初值，δ0为功角的初值，X为双馈风机的等值电抗,sr为转差率，Xm为互阻抗,Xs为双馈风机的内阻抗,iq0为q轴电流初值,id0为d轴电流初值,kpr、kir为转速控制器的PI参数，H为转动惯量，Gplls＝kppll+kipllss，kppll、kipll为锁相环的PI参数，ΔE1是由不平衡功率产生的内电势，ΔE2表示双馈风机输出有功功率和内部电压幅值耦合产生的内电势，ΔvE是ΔE1的变化率，ΔQub为不平衡无功功率，ΔPub为不平衡有功功率，ΔP为双馈风机有功功率，ΔθE为双馈风机内电势相位，ΔE为双馈风机内电势幅，kiq为无功控制参数；暂态势能为： 式中：ΔW为暂态势能；ΔP为双馈风机有功功率；Δθ双馈风机内电势相位；结合式1、2和3，得双馈风机能量：ΔWDFIG＝ΔWZ+ΔWH4式中：ΔWDFIG为双馈风机能量，ΔWZ为自相关分量，ΔWH为互相关分量；自相关分量由两部分组成：网侧变流器GSC的自相关分量和端口变量的自相关分量；ΔWZ＝ΔWG+ΔWO5式中：ΔWG表示GSC的自相关分量，ΔWO表示端口变量的自相关分量；互相关分量由三部分组成：GSC与转子侧变流器RSC的互相关分量、GSC与端口变量的互相关分量、RSC与端口变量的互相关分量，ΔWH＝ΔWGR+ΔWGO+ΔWRO6其中：ΔWGR表示GSC和RSC的互相关分量，ΔWGO表示GSC和端口变量的互相关分量，ΔWRO表示RSC和端口变量的互相关分量；GSC的自相关分量为式7，所述GSC的自相关分量包括d轴电流的自相关分量，q轴电压的自相关分量以及d轴电流和q轴电压之间耦合得到的能量，由于是在PLL参考系中，所述GSC的自相关分量的参数还包括PLL的PI参数，ΔWG＝ΔWG1+ΔWG2+ΔWG37其中：ΔWG表示GSC的自相关分量；ΔWG1表示d轴电流和q轴电压之间耦合得到的能量；ΔWG2表示q轴电压的自相关分量；ΔWG3表示d轴电流的自相关分量；d轴电流和q轴电压之间耦合得到的能量为式8， 其中：Δid表示GSC控制回路中PLL参考系下的d轴电流,Δiq表示GSC控制回路中PLL参考系下的q轴电流,Δuq表示GSC控制回路中PLL参考系下的q轴电压；q轴电压的自相关分量为式9， d轴电流的自相关分量为式10， 其中：Δid表示GSC控制回路中PLL参考系下的d轴电流；端口变量的自相关分量为式11，所述端口变量的自相关分量包括端电压的自相关分量和端电压与端口无功功率耦合得到的能量，ΔWO＝ΔWO1+ΔWO211其中：ΔWO表示端口变量的自相关分量；ΔWO1表示端电压的自相关分量；ΔWO2表示端电压与端口无功功率耦合得到的能量；端电压的自相关分量为式12，ΔWO1＝∫A2B4+B6id0id0ΔUdΔU12其中：ΔU为端口电压,端电压与端口无功功率耦合得到的能量为式13， 其中：ΔQ表示双馈风机的端口无功功率；GSC和RSC的互相关分量为式14，所述GSC和RSC的互相关分量包括网侧d轴电流与转子侧d轴电流耦合得到的能量和网侧q轴电压与转子侧d轴电流耦合得到的能量，ΔWGR＝ΔWGR1+ΔWGR214其中：ΔWGR表示GSC和RSC的互相关分量；ΔWGR1表示网侧d轴电流与转子侧d轴电流耦合得到的能量；ΔWGR2表示网侧q轴电压与转子侧d轴电流耦合得到的能量；网侧d轴电流与转子侧d轴电流耦合得到的能量为式15， 其中：Δird表示转子侧d轴电流；网侧q轴电压与转子侧d轴电流耦合得到的能量为式16， GSC与端口变量的互相关分量为式17，所述GSC与端口变量的互相关分量包括GSC的q轴电压与端电压耦合的能量、GSC的d轴电流与端电压耦合的能量、GSC的d轴电流与端电压耦合的能量、GSC的q轴电压与端电压耦合的能量，ΔWGO＝ΔWGO1+ΔWGO2+ΔWGO3+ΔWGO417其中：ΔWGO表示GSC与端口变量的互相关分量；ΔWGO1表示GSC的q轴电压与端电压耦合的能量；ΔWGO2表示GSC的d轴电流与端电压耦合的能量；ΔWGO3表示GSC的d轴电流与端电压耦合的能量；ΔWGO4表示GSC的q轴电压与端电压耦合的能量；GSC的q轴电压与端电压耦合的能量为式18， GSC的d轴电流与端电压耦合的能量为式19， GSC的d轴电流与端电压耦合的能量为式20， GSC的q轴电压与端电压耦合的能量为式21， RSC与端口变量的互相关分量为式22，所述RSC与端口变量的互相关分量包括端电压与转子侧d轴电流耦合的能量， 其中：ΔWRO表示RSC与端口变量的互相关分量；2基于详细能量的双馈风机阻尼控制风电并网电力系统的暂态势能为：W总＝∫ΔPedΔδ+ΔWDFIG23式中，Δδ为主振荡路径两端参与振荡程度最大的两台机组的功角差，ΔPe为同步机组电磁功率差；通过式24将双馈风机功率与同步机组功率建立起联系，进而使能量关联， 式中，Pei为同步机组节点功率；PeB1，PeB2为支路功率；Aa1,Aa2,Aa3,Aa4为关联矩阵；Pwj为双馈风机节点功率；将上式中的Pei，Pwj分离，得到： 将式25与式23结合，并使得到的能量渐进稳定，据此能够构建式26的滑模面， 式中，kc＝ΔPe+ΔPwΔω,u＝Δird,f为Δird的系数，g为上式其余项的和，u’为控制量，ΔPeB1为支路功率增量，Δω为角频率，a表示滑模面；由于所构造的滑模面含有许多风电并网电力系统参数和状态变量，加大了控制器的设计难度，为了实现对其进行估计和补偿，对式27构造对应的二阶ESO，得到： 式中，m1为的估计值；m2为扩张变量，用于估计v-b0u’；b0为输入量的系数，α1，α2，δ为控制变量；fe，fe1为式29所示的方程；β01，β02为方程的系数， 式中，e，α，δ为控制变量；sign为符号函数；δ0，0α1；由此，控制量为：u′＝-m2+vb030。

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