[发明专利]一种双馈风力发电系统网侧终端滑模控制器设计方法

说明书

一种双馈风力发电系统网侧终端滑模控制器设计方法，包括以下步骤：列写双馈风力发电系统网侧在dq坐标轴下的数学模型；将DFIG系统的数学模型转换成哈密顿系统模型；求解哈密顿系统的期望平衡点，得到第一哈密顿控制器；引入滑模控制，并得出DFIG系统的终端滑模控制器。本发明能够通过在哈密顿系统上引入滑模理论，能够消除外来干扰造成的系统抖振，且系统响应快、鲁棒性能更好。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种双馈风力发电系统网侧终端滑模控制器设计方法。

背景技术

在多自由度力学系统控制中运用能量的概念，Takaki和Ariosto于1981年在对机器人的控制中首次提出以能量的观点，将控制器视为动态系统中的制动器，控制器通过互联方式为受控系统提供能量以改变整个闭环动态达到期望的状态；此观点后来被称之为能量成型。此方法的特点通过对系统进行无源的输入输出属性，不需要通过观测系统的状态变量实现控制目标。

近十年来，在经过经典欧拉-拉格朗日模型、标准哈密顿模型之后，Ortega等人借鉴具有独立储能元件的网络系统建模方法，建立端口受控哈密顿模型结构，提出基于无源性的互联和阻尼配置控制方法，该方法更强调系统的能量函数、互联模式和耗散阻尼这些本质特征，更方便进行能量成型和注入阻尼以加快实现系统稳定，能量成型控制方法的独特优势在：一方面，从能量平衡的新角度提供了对系统稳定机制的解释，另一方面，不依赖于系统中某些特定的结构属性，而是与更为广义的系统无源特性相联系，因此具有更宽泛的应用空间。

基于电气系统与力学系统的相似性，互联和阻尼配置能量成型控制方法在机器人控制器、高性能飞行器等方向得到较好地应用后，近年来又成为电气传动与非线性控制领域的一个新的研究热点；在电力系统控制方面，鉴于电力系统是强非线性复杂系统，且系统中存在能量产生，因此无源性前提无法满足，鉴于此，有人提出广义哈密顿系统概念，广义即指模型所描述的系统包括能量的生成、交换和耗散过程，并以伪泊松流形和广义泊松结构为广义哈密顿系统提供了几何架构，还有人，应用广义哈密顿函数方法，研究了单机、多机电力系统基于能量的控制设计等问题，导出了发电机基于动态原理的哈密顿控制模型，并对带有超导储能设备的同步发电机应用能量成型方法进行控制。端口受控哈密顿建模和能量成型控制在风力发电上的应用还是一个较新的领域，将该方法应用到风电场控制，属于风力发电系统的上层控制，为多风机间功率分配和调度提供参考。由于发电机两相静止模型不能实现电机耦合项的完全解耦，并且由于引入相位角的正余弦运算，使得基于该端口受控哈密顿模型的能量控制器的计算复杂度大大增加。而风电系统电气部分控制的时效性要求较高，因此这种对系统电气部分的哈密顿建模和能量成型控制方法还需要进一步改进和提高。

将上述研究成果端口受控哈密顿建模和能量成型控制方法，应用于双馈风力发电系统(以下简称为DFIG系统)，将DFIG系统的风力发电机网侧数学模型改成受控端哈密顿模型，会造成在不确定扰动下出现抖振，并且出现达到平衡状态所需的时间较慢的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种双馈风力发电系统网侧终端滑模控制器设计方法，通过在哈密顿系统上引入滑模理论，能够消除外来干扰造成的系统抖振，且系统响应快、鲁棒性能更好。

一种双馈风力发电系统网侧终端滑模控制器设计方法，包括以下步骤：

步骤1：列写双馈风力发电系统网侧在dq坐标轴下的数学模型；

步骤2：将DFIG系统的数学模型转换成哈密顿系统模型；

步骤3：求解哈密顿系统的期望平衡点，得到第一哈密顿控制器；

步骤4：引入滑模控制，并得出DFIG系统的终端滑模控制器。

优选地，所述双馈风力发电系统网侧在dq坐标轴下的数学模型为：