[发明专利]一种采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov协调控制方法

权利要求书

1.一种采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov协调控制方法，其中，PGSC为并联网侧变换器，SGSC为串联网侧变换器，用于在电网电压不平衡情况下对DFIG的机侧和网侧变换器进行协调控制，其特征在于，该方法在DFIG的转子采用RSC和与之并联的PGSC，其中，RSC为转子侧变换器，两个变换器通过中间的直流母线和大电容相连接，在DFIG的定子侧增加一个串联变压器和一个SGSC，串联变压器次级串联在DFIG定子与电网之间，SGSC的输入端与PGSC的输入端连接，SGSC的输出端通过电感L接串联变压器初级，该方法对DFIG的机侧和网侧变换器进行协调控制的具体步骤包括：

1)对SGSC采用基于Lyapunov的协调控制，建立正、负序模型，并计算SGSC的控制目标及不同控制目标下的网侧电流参考值；

2)采用PIR控制器对SGSC侧交流分量进行控制；

3)采用Lyapunov控制器对PGSC进行控制；

4)采用内环Lyapunov控制、外环PI控制对RSC进行控制；

步骤1)中，SGSC的控制目标为：

DFIG定子侧电压的正序分量u_s+与电网电压正序分量u_g+始终一致，控制定子侧电压负序分量u_s-使其为零，即：

电压不平衡下电网输至PGSC的瞬时功率S，整理成矩阵形式为：

式中，上标p、n分别代表正、负序分量，下标d、q代表dq轴分量，+、-分别代表坐标轴的正、反转方向，分别为正序分量在正转坐标系d轴和q轴上的网侧电压分量，分别为负序分量在负转坐标系d轴和q轴上的网侧电压分量，分别为正序分量在正转坐标系d轴和q轴上的网侧电流分量，分别为负序分量在正转坐标系d轴和q轴上的网侧电流分量，下标g_av、g_sin2、g_cos2分别表示PGSC功率的直流分量、二倍频正弦分量、二倍频余弦分量，P、Q分别为有功功率、无功功率；

SGSC的控制目标包括：

目标一、网侧输入的电流不含负序分量，即：

式中，上标*代表网侧指令电流值，下标series_av、series_sin2、series_cos2分别代表SGSC功率的直流分量、二倍频正弦分量、二倍频余弦分量；为网侧电流在负坐标系dq轴上负序分量，为定子侧电流在负坐标系dq轴上负序分量；

目标二、网侧输入有功功率只含有直流分量，即：

P_{g_sin2}-P_{series_sin2}＝0，P_{g_cos2}-P_{series_cos2}＝0

其中，D₁、D₂的表达式分别为：

若将u_g+定向于d轴，通过调控直流电压U_dc的调节器保证电压值无谐波，系统直流母线电容瞬时功率为PGSC瞬时功率减去RSC、SGSC两者的瞬时功率之和，即：

式中：P_g、P_series分别为PGSC、SGSC的输入功率，P_r为转子侧的输出功率，C为直流母线的电容；

电网稳定运行条件下U_dc包含直流电压平均分量和波动分量dU_dc/dt两部分，即：

U_dc＝U_{dc_av}+dU_dc/dt＝U_{dc_av}+1/2ωU_{dc_av}[(P_{g_sin2}-P_{series_sin2})+(P_{g_cos2}-P_{series_cos2})]

式中，ω为电网角频率；u_{dc_av}为直流电压u_dc的平均分量；

目标三、直流母线电压不含二倍频正弦u_{dc_sin2}、余弦分量u_{dc_cos2}，即：

u_{dc_sin2}＝u_{dc_cos2}＝0

目标四、网侧输入的无功功率只含有直流分量，即：

Q_{g_sin2}-Q_{series_sin2}＝0，Q_{g_cos2}-Q_{series_cos2}＝0

步骤3)的具体内容为：

网侧Lyapunov正序模型为：

式中，ω为电网角频率，L_g为滤波电抗器的电感，R_g为线路上的阻抗与电感等效串联电阻之和，且：

式中，x₁、x₂分别为正序分量在正转坐标系d轴、q轴上网侧电流分量的实际值与指令值之间差值，x₃为直流母线电压的实际值与指令值之间差值，u_dc、分别为直流母线电压的实际值、指令值，S_d、Δd分别为d轴开关函数的实际值、指令值以及两者之间的差值，S_q、Δq分别为q轴开关函数的实际值、指令值以及两者之间的差值；

构造Lyapunov函数能量函数为：

Lyapunov函数能量函数的导数为：

当x非0时，V(x)＞0，dV(x)/dt＞0，假设：

式中，z₁为正序分量在正转坐标系d轴上网侧电流的实际值与指令值之间差值与实际值之比；z₂为正序分量在正转坐标系q轴上网侧电流的实际值与指令值之间差值与实际值之比；z₃为直流母线电压的实际值与指令值之间差值与实际值之比；β₁、β₂为比例系数，忽略纹波，则开关函数的波动值取为：

式中，α₁、α₂分别为两个比例系数，dV(x)/dt可表示为：

式中：

令z₃＝m₁z₁＝m₂z₂，且m₁、m₂0，则可得：

式中，λ_1min(r₁,β₁,m₁)＞0为关于自变量m₁的二次函数，λ_2min(r₂,β₂,m₂)＞0为关于自变量m₂的二次函数；

当取m₁(0)＝(1+β₁)/(2β₁)时：

λ_1min(r₁,β₁,m₁)＝R_g+r₁[1-(1+β₁)²/(4β₁)]

同理可得，当取m₂(0)＝(1+β₂)/(2β₂)时：

λ_2min(r₂,β₂,m₂)＝R_g+r₂[1-(1+β₂)²/(4β₂)]

当时，λ_1min(r₁,β₁,m₁)＞0成立，β₀＝1+2R_g/r₁；

对于一个期望的不确定区间1-ε＜β₁＜1+ε，1-ε＜β₂＜1+ε，且则可推导出α₁、α₂的取值范围为：

则推出正序控制为：

同理可推出负序控制为：

2.根据权利要求1所述的一种采用PGSC和SGSC的DFIG的Lyapunov协调控制方法，其特征在于，步骤2)中，采用PIR控制器对SGSC侧交流分量进行控制的传递函数为：

式中：K_p和K_i分别为比例系数、积分系数；K_r为谐振调节器的谐振系数；ω_c为截止频率。