[发明专利]一种基于电压不平衡数学模型的无刷双馈电机网侧变换器控制策略

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种基于电压不平衡数学模型的无刷双馈电机网侧变换器的控制策略，属于新能源利用与控制和电工、电力电子的交叉技术领域。

【背景技术】

目前，能源消耗在全球范围内迅猛增长，其中矿物燃料能源的消耗仍将占据主导地位，随之会引发环境、健康、经济和能源安全等诸多问题。在过去20年里，可再生能源技术在成功地降低了成本的同时，其可靠性和性能也取得了很大突破。其中风能作为可再生的、无污染的清洁能源受到人类越来越多的重视。

据目前研究情况来看，变速恒频风力发电技术是最有前景一种风能利用技术，其中无刷双馈型风力发电系统以其调节方式直接，机构简单，坚固耐用等优点，成为研究热点和发展方向。

变速恒频无刷双馈风力发电系统运行时通常将发电机功率绕组接入工频电网，绕组与幅值、频率、相位和相序均可调节的四象限变换器连接，该变换器又分为网侧变换器和控制绕组侧变换器，它们的控制和运行是独立的。网侧变换器的主要功能是保持直流母线电压的稳定、输入电流正弦和控制输入功率因数。

目前变换器控制策略很多，包括静止PI控制、模糊PID控制、直接功率控制、电流滞环控制、无差拍控制、基于李亚普诺夫法控制、预测控制、非线性控制、神经网路控制、模糊滑模变结构控制、基于单周期控制等等，但是纵观上述的控制方法，其使用的控制策略所采用的数学模型基本上都是在电网平衡条件下推导出来的，但是在实际的三相电网中，由于各种原因常常造成电网电压的不平衡，而对于在电网电压平衡条件下设计的控制策略，往往会形成频率低、幅值高的谐波，严重影响了网侧变换器的运行性能。为此必须建立基于电网电压不平衡时网侧变换器数学模型的控制策略，从控制策略上抑制变换器的直流电压谐波和交流电流谐波。

【发明内容】

本发明的目的在于建立一种基于电压不平衡数学模型的无刷双馈电机网侧变换器的控制策略，利用对称分量法将不平衡的电压矢量分解为平衡的正序，负序和零序分量，建立电压不平衡时网侧变换器的数学模型，同时针对网侧变换器模型中存在耦合项和外部扰动的问题，使用自抗扰控制理论，采用扩张状态观测器进行观测并补偿。

本发明提供的基于电压不平衡数学模型的无刷双馈电机网侧变换器的控制方法，包括以下工作步骤：

第1、利用对称分量法建立电网电压不平衡条件下网侧变换器的数学模型；

第2、分析第1步建立的数学模型，设计控制策略抑制交流侧负序电流，确定状态方程中电流的交叉耦合项和外部扰动项，利用自抗扰控制技术的扩张状态观测器加以估计，从而提高控制系统的品质；

第3、设计自抗扰控制技术的跟踪微分器，以实现控制策略合理的过渡过程，降低输出的超调量；

第4、设计自抗扰控制技术的非线性反馈环节，以提高系统控制效率。

上述第1步所说的网侧变换器的数学模型是基于d-q坐标系下的状态方程；设三相电网不平衡电压矢量为{E_a，E_b，E_c}，假设不存在零序分量，则电网电压复矢量存在正、负序分量，即

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