DFIG网侧变换器反馈线性化与滑模控制

为了提高双馈风力发电机(DFIG)网侧变换器(GSC)的动态性能,在建立GSC仿射非线性模型基础上,提出一种非线性复合控制策略。该控制策略在静止坐标系下对电流进行反馈线性化解耦,无需电网电压定向,同时电压外环采用含饱和函数的滑模控制,从而达到直流母线电压快速恒定以及电流跟踪控制的目的。仿真结果表明,该控制实现了GSC的稳定以及功率因数控制,验证了理论的正确性。上述控制策略相较于传统的控制方式,减少计算变量,能够保证系统快速收敛。     

基于非线性观测器的DFIG直接功率控制

与传统的双馈感应发电机矢量控制方法相比,直接功率控制可简化控制器结构,提高系统的鲁棒性.文中提出基于非线性状态观测器的直接功率控制策略,并引入跟踪微分器以改善系统的动态性能,解决传统直接功率控制系统中快速性与超调量间的矛盾.理论分析与仿真实验表明基于非线性观测器的DFIG直接功率控制能够实现快速无超调控制,同时减小动态...     

基于网侧变换器DFIG直流链电压稳定控制研究

在双馈风力发电系统中,直流链电压的稳定对双馈感应风力发电机(DFIG)的稳定运行至关重要,特别是在电网电压不平衡情况下,尤为突出。而直流链电压的稳定主要取决于并联网侧变换器的控制策略。利用等效负载的概念,对带串联网侧变换器DFIG的新拓扑结构在不平衡电网电压条件下的能量流动、直流链电压波动情况进行了分析,建立了其能量流动等效数学模型。在此基础上推导出此新拓扑结构中并联网侧变换器控制指令算法,协调串联网侧变换器的控制,有效抑制了不平衡电网电压下2倍频分量和直流暂态分量对直流链电压的影响。最后,通过实验验证了所提出的控制算法和控制方案的正确性和有效性。     

不平衡电网电压下基于滑模变结构控制的双馈风电系统网侧变流器控制策略

在两相静止坐标系(αβ)下,提出了一种基于滑模变结构的双馈风电系统网侧变流器控制策略,该控制策略采用双环结构,内环为功率环,采用基于滑模变结构的直接功率控制方法,控制结构简单,动态性能良好;外环采用滑模变结构控制来稳定直流电压,动态响应快、鲁棒性强;通过分析不平衡电网电压下网侧变流器的数学模型,证明了本控制策略无需改变系统控制结构,仅需改变功率给定量即可实现网侧变换器不平衡电网电压下的各种控制目标。仿真和实验均表明基于滑模变结构的双环控制策略可在电网电压不平衡条件下实现双馈风电系统网侧变流器的有效控制,并可兼顾系统的稳态和动态性能指标。     

电容电感参数对DFIG网侧变换器性能的影响研究

当双馈风力发电机组受到外界扰动时,网侧变换器控制器的电感和支撑电容直接关系到系统的稳定性和快速响应能力。以双馈异步发电机的网侧变换器为研究对象,对基于电网电压矢量定向的双闭环控制策略进行了研究。首先对网侧变换器进行了数学建模,在基于电网电压矢量控制策略前提下给出了电容、电感参数大致选取范围,并通过在Simulink环境下搭建仿真模型,研究了电容、电感参数对系统响应的快速性、准确性、稳定性的影响规律。     

基于新型幂次趋近律的DFIG滑模直接功率控制

针对采用PI控制时双馈风力发电系统在参数摄动情况下控制性能不佳及传统趋近律滑模控制存在抖振等问题,提出一种基于新型幂次趋近律的双馈风力发电机(Doubly-Fed Induction Generator, DFIG)滑模直接功率控制策略。首先建立DFIG的数学模型,然后针对滑模控制存在的抖振问题提出一种新型幂次趋近律,该趋近律可随着系统状态位置的变化自动调整趋近速度,使系统状态量平滑地进入滑模面,从而减小抖振。最后将此趋近律应用于DFIG滑模直接功率控制系统中。仿真结果表明提出的新型幂次趋近律滑模控制策略能够有效地降低系统抖振,增强系统鲁棒性。     

基于滑模控制的双馈风电机组网侧变流器低电压穿越控制策略

电网电压跌落会引起双馈电机(doubly fed induction generators,DFIG)直流电容两侧功率的不平衡,造成直流电压的波动甚至过电压,严重影响DFIG的安全运行。本文根据DFIG网侧变换器(grid side converter, GSC)和直流侧电容的数学模型,提出了一种基于滑模变结构控制的GSC控制策略。该控制策略采用电压(功率)单环控制代替传统的双闭环级联控制,简化了控制器的设计,提高了系统的响应性能。根据电网故障时直流电容和GSC的功率流动特点,以抑制直流电压波动为目的,提出一种考虑GSC进线电抗器功率波动的改进控制策略。仿真结果表明,该控制策略不仅具有良好的动态响应性能,而且能够有效抑制直流电压波动,提高了电网故障时DFIG的不间断运行能力。     

基于扩张状态观测器的PMSM积分时变滑模控制

为了实现永磁同步电机(PMSM)驱动系统的高精度跟踪控制,提出了新型积分时变滑模控制策略,该策略考虑到系统的非线性和耦合特性对动、静态性能的影响,首先采用反馈线性化原理将系统模型线性化,然后为了加快动态响应过程,采用单回路结构取代串级结构设计积分时变滑模控制器。针对负载扰动的问题,设计了一种以负载转矩为观测对象的扩张状态观测器,并将观测值反馈到控制器中以克服扰动对性能的影响。最后在永磁同步电机实验平台上开展了对比实验研究,通过实验结果可以看出,积分时变滑模控制器使系统具有无超调、快速性的优点,提高了系统的动态和稳态性能,扩张状态观测器能够快速跟踪负载的变化,增强了控制器对负载扰动的鲁棒性。     

不平衡电压下的DFIG模型预测直接功率控制

为提高双馈风力发电机在不平衡电网电压工况下的运行性能,提出一种扩张状态观测器与模型预测控制相结合的直接功率控制策略。首先,采用扩张状态观测器对系统中因负序分量引起的不确定项、模型误差及外部扰动等不确定因素进行参数估计。然后,结合模型预测控制理论建立双馈风力发电机模型预测直接功率控制数学模型。最后,针对不平衡电网电压下的功率振荡分量讨论功率优化补偿方案。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于分数阶滑模的风力发电机直接功率控制

为了改善双馈风力发电系统的控制性能,将分数阶滑模控制应用于双馈风力发电机的直接功率控制系统中。将分数阶微积分引入到滑模控制中,构成分数阶滑模控制器,利用分数阶的遗传衰减特性削弱滑模控制的抖振。推导了应用于双馈风力发电系统的分数阶滑模控制律,并用李雅普诺夫稳定性定理证明了系统的稳定性。所提出的分数阶滑模控制系统省略了电流环控制,简化了控制结构,实现了有功功率和无功功率的有效控制。仿真与试验结果显示出所用分数阶滑模控制策略的有效性,同时表明该系统削弱了传统滑模控制中存在的抖振。     

含扩展状态观测器的双馈风机事件触发滑模控制（撤销发表）

提出一种基于事件触发滑模控制(SMC)的双馈风机(DFIG)直接功率控制方法。传统的控制方法需要控制信号执行元件不断更新由计算单元传输的控制信号,而这种控制信号执行方式较为冗余且需要额外的通信和执行成本。事件触发控制原理能够决策所执行控制信号的最佳更新时间节点,并在保证控制效果的同时减少计算单元与执行单元之间的通信。将事件触发控制的原理与SMC结合起来,并用于DFIG的直接功率控制中。同时,设计了一种让系统具有主动抗干扰能力的扩展状态观测器。采用Lyapunov函数法验证了该控制系统的渐近稳定性。最后通过试验算例,验证了所提方法的有效性。     

双馈感应发电机空载并网的高阶滑模控制策略

围绕双馈感应发电机(DFIG)空载并网问题,将基于矢量控制的电网电压定向技术应用于双馈风力发电的并网发电上,提出一种基于电网电压定向的高阶滑模控制的空载并网控制策略。从分析DFIG的运行特性入手,研究了空载并网控制原理,基于DFIG的空载数学模型,提出了具有鲁棒性的高阶滑模空载并网控制器。对DFIG并网前后的整个过程进行了仿真研究,仿真结果表明,所提出的策略是一种较理想的空载并网方式。     

基于扩张状态观测的永磁直驱风力发电系统 MPPT自适应滑模控制

为了提高永磁直驱风力发电系统的发电工作性能,针对风速波动范围宽和不确定强的最大功率跟踪(MPPT)控制特点,应用滑模控制理论和扩张状态观测器方法,设计了一种基于最佳叶尖速比(TSR)控制策略的最大功率跟踪自适应积分滑模控制器。控制器采用基于最佳转速跟踪偏差的积分型滑模面函数结构,确保转速跟踪控制稳态无静差。利用扩张状态观测器对风力机实时机械转矩进行估计,以获得转矩扰动上界的估计值。同时引入非线性幂次组合函数和转速跟踪偏差负反馈环节,构造基于状态偏差的滑模变速趋近律,使得切换增益具有随最佳转速跟踪偏差实现自适应调整的特性,并可有效抑制滑模控制输出的抖振。通过与智能PID控制器相比较的仿真实验,验证了该控制器实现最大功率跟踪控制的良好效果,具有较强的鲁棒性和适应性。     

基于扩张状态观测的永磁直驱风力发电系统MPPT自适应滑模控制

为了提高永磁直驱风力发电系统的发电工作性能,针对风速波动范围宽和不确定强的最大功率跟踪（MPPT）控制特点,应用滑模控制理论和扩张状态观测器方法,设计了一种基于最佳叶尖速比（TSR）控制策略的最大功率跟踪自适应积分滑模控制器。控制器采用基于最佳转速跟踪偏差的积分型滑模面函数结构,确保转速跟踪控制稳态无静差。利用扩张状态观测器对风力机实时机械转矩进行估计,以获得转矩扰动上界的估计值。同时引入非线性幂次组合函数和转速跟踪偏差负反馈环节,构造基于状态偏差的滑模变速趋近律,使得切换增益具有随最佳转速跟踪偏差实现自适应调整的特性,并可有效抑制滑模控制输出的抖振。通过与智能PID控制器相比较的仿真实验,验证了该控制器实现最大功率跟踪控制的良好效果,具有较强的鲁棒性和适应性。     

基于扩张状态观测器的 PMLSM 高阶自适应 非奇异快速终端滑模控制

为改善永磁直线同步电机控制系统的位置跟踪精度和鲁棒性,提出了一种基于扩张状态观测的高阶自适应非奇异快 速终端滑模控制方案。首先,设计了一种高阶非奇异快速终端滑模面,通过引入反馈电流实现对电机位置、速度和电流的整 体控制。其次,设计新型滑模趋近律,使控制系统能快速将误差趋近于零并削弱抖振。同时,引入自适应律估计并实时调整 趋近律系数。最后,设计了扩张状态观测观测外部扰动,从而提高位置跟踪系统的动态和稳态性能。基于 Lyapunov 稳定性 理论,证明了该控制系统的稳定性。通过仿真与实验验证,结果表明,提出的控制方法能有效提高系统的位置跟踪精度,并且 增强了系统的抗干扰能力。     

Modified vector controlled DFIG windenergy system based on barrier functionadaptive sliding mode control

Increased penetration of wind energy systems has serious concerns on power system stability. In spite of several advantages, doubly fed induction generator (DFIG) based wind energy systems are very sensitive to grid disturbances. DFIG system with conventional vector control is not robust to disturbances as it is based on PI controllers. The objective of this paper is to design a new vector control that is robust to external disturbances. To achieve this, inner current loop of the conventional vector control is replaced with sliding mode control. In order to avoid chattering effect and achieve finite time convergence, the control gains are selected based on positive semi-definite barrier function. The proposed barrier function adaptive sliding mode (BFASMC) is evaluated by testing it on a benchmark multi-machine power system model under various operating conditions. The simulated results show that the proposed method is robust to various disturbances.     

基于虚拟同步发电机和无源性控制的DFIG机侧控制策略

传统的双馈感应发电机(doubly-fed induction generator, DFIG)矢量控制因其惯性与电网频率波动解耦而不能为电网提供额外的有功功率支持,为此在DFIG转子侧变流器控制中引入一种改进的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制策略。针对传统VSG控制存在的频率偏差问题,通过在有功下垂环节中加入一个Washout滤波器,实现了在不需要增加额外2次控制回路情况下就能使频率保持在工频50 Hz附近。同时,为解决传统VSG中电压电流双环控制中内环电流PI控制存在的动态响应有限、鲁棒性不强等问题,首次在内环电流控制中引入了基于端口受控的耗散哈密顿(port controlled Hamiltonian with dissipation, PCHD)模型的无源性控制(passivity-based control, PBC)方法,设计了转子侧变流器的无源性控制器。最后,搭建了DFIG仿真系统进行实验验证,结果表明了本文所提控制策略的有效性和优越性。     

双馈感应发电机机侧变换器直接功率控制策略比较研究

对双馈感应发电机(DFIG)的两种直接功率控制(DPC)策略进行比较研究。根据DFIG的数学模型,导出对DFIG进行DPC的统一控制模型;首先设计基于滞环比较器的直接功率控制(HC-DPC)策略,采用开关型滞环控制器,直接实现定子有功功率和无功功率的解耦控制;其次将SVM技术应用于DPC,提出SVM-DPC策略,根据DFIG定子有功、无功功率偏差,采用PI调节器,直接实现定子有功、无功功率的解耦控制;最后对两种DPC策略进行试验研究,验证了两种DPC策略的正确性和可行性,并对其控制性能进行了对比评估。     

基于矩阵变换器双馈风力发电系统矢量解耦控制

本文结合矩阵变换器、双馈感应电机(DFIG)风力发电系统的优点,导出了双馈电机风力发电系统在同步旋转dq坐标轴下的矢量控制数学模型;针对常规矢量控制中存在电流耦合情况,设计一种新型、简易的电流前馈解耦控制方案.在此基础上,建立基于矩阵变换器交流励磁磁场定向电流解耦矢量控制策略.MATLAB仿真结果表明,当有功、无功功率变化时,电流解耦控制具有良好动态性能.本文设计了11kW风力发电试验装置并进行离、并网实验,当双馈电机处于亚同步、超同步状态时,双馈电机定子电压和频率均能保持稳定,实现变速恒频运行.实验结果表明,基于矩阵变换器交流励磁双馈风力发电系统是可行的,并具有一定的实用价值.     

不对称电网电压下双馈风力发电机的直接功率控制

在研究双馈感应发电机(DFIG)数学模型的基础上,分析了不对称电网条件下DFIG定子输出瞬时有功、无功功率的组成。通过引入二倍电网频率陷波器,使定开关频率直接功率控制(CSF-DPC)可适用于不对称性故障穿越运行控制。此时各改进的CSF-DPC方法具备各自特性,即基于转子磁链DPC(RF-DPC)可迅速稳定磁链,缩短DFIG动态过程;基于转子电流DPC(RC-DPC)可抑制定、转子电流振荡;基于电磁转矩DPC(EMT-DPC)可减小电磁转矩的脉动。通过分析改进CSF-DPC参数不匹配带来的误差,进一步提高了控制的鲁棒性。与正、负序双dq的不对称运行控制策略相比,CSF-DPC方法无需计算负序分量和引入负序电流控制环,结构简单,动态性能好。