申请/专利权人：天津科技大学

申请日：2019-08-29

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN112448409B

主分类号：H02J3/38

分类号：H02J3/38

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2021.04.13#实质审查的生效;2021.03.05#公开

摘要：本发明属于无刷双馈风力发电低压穿越技术领域，涉及一种基于分数阶滑模变结构控制的无刷双馈电机低压穿越方法，包括建立无刷双馈电机的数学模型，机侧滑模变结构控制器设计，网侧滑模变结构控制器设计，在电网电压跌落时能够精确控制无刷双馈电机的有功和无功功率，抑制母线电压波动，提升无刷双馈电机的低压穿越能力。

主权项：1.一种基于分数阶滑模变结构控制的无刷双馈电机低压穿越方法，其特征在于，包括下列步骤：1建立无刷双馈电机的数学模型，无刷双馈电机BrushlessDoubly-FedMachine，BDFM在转子坐标系下数学模型表示为： BDFM的电磁转矩为： 磁链方程为： BDFM的有功功率和无功功率可表示为： 采用功率绕组定子磁场定向： 功率绕组在正常工作中电阻压降远小于电机反电势，同时也远小于电抗压降，因此可以假设功率绕组定子磁链保持恒定，功率绕组定子电压方程可以写成下式： 由磁链方程可得绕组定子电流为： 其中当转子阻抗相对较小时，转子磁链可以忽略，联合式3-7可得： 对上式进一步求导，联合式1可得： 2机侧滑模变结构控制器设计滑模变结构控制器是为了消除系统状态变量与参考值之间的误差，定义滑模控制器的输入为系统变量与参考值之差，因此定义无刷双馈电机的滑模变结构控制器的状态变量为有功功率和无功功率的实际值与参考值之间的偏差： 采用分数阶趋近律设计机侧滑模变结构控制器，通过分数阶函数代替传统开关函数以减小滑模切换的高频抖振，现构造如下滑模面S＝[SPSQ]T： 式中λP，λQ，γ1，γ2为待调控制器参数，sigeλ＝|e|λsgne，sgne为e的符号函数；对式11两边求微分可得： 其中 将替换为如下趋近律： 式中，∑和Γ为对角阵；0＜ζ＜1，而ΔS＝χ+1+χe-β|S|，0＜χ＜1；由此得到如下的控制律： 根据功率绕组dq轴电压和电流和和计算无刷双馈电机的有功和无功功率P和Q，与给定的有功和无功功率P*和Q*作差值经过机侧分数阶滑模变结构控制器后输出控制绕组电压和经过反帕克变换得到控制绕组三相电压，再经过SVPWM输出控制信号给机侧变换器；3网侧滑模变结构控制器设计网侧滑模变结构控制器采用双闭环控制，外环采用电压环，内环采用电流环；网侧变换器在dq坐标系下的数学模型如下式15所示： 式中udc为直流母线电压，iload为直流侧负载电流，us为电网电压，is为电网电流，Rs和Ls为滤波电容器的电阻和电感，sii＝d，q为网侧变换器中各相桥臂的开关函数的dq分量，ω为dq轴系统的旋转速度；网侧电压环滑模变结构控制器采用指数趋近律进行设计，网侧PWM交流侧有功功率Ps可表示为： 直流侧有功功率Pdc可表示为： 在忽略损耗的情况下，有Ps＝Pdc，可推导出： 假设为直流母线电压的平方值，由式6可知，式18可以写成： 直流母线电压平方的误差为：edc＝U-U*20式20两端取微分得： 根据指数趋近律滑模变结构理论，将滑模面设计为： 其中kdc为赫尔维茨判据条件且kdc＞0；将式22两端取微分得： 采用指数趋近律，将替换为如下趋近律： 其中kdc1为收敛速度，kdc2为系统得运动点趋近切换面S＝0的速率；母线电压udc与给定的母线电压作差值经过网侧电压环指数滑模变结构控制器后输出功率绕组d轴电流网侧电流环滑模变结构控制器采用分数阶趋近律进行设计，构造如下滑模面Sis＝[SisdSisq]T： 其中与机侧滑模变结构控制器设计方法类似，根据网侧变换器的数学模型，推导出对于网侧变换器的控制输入为： 其中∑2，K2和σ为控制参数，根据网侧电压环指数滑模变结构控制器输出的功率绕组d轴电流和给定的q轴电流分别与功率绕组dq轴电流和作差值经过网侧电流环分数阶滑模变结构控制器后输出功率绕组电压和经过反帕克变换得到功率绕组三相电压，再经过SVPWM输出控制信号给网侧变换器；4在电网电压跌落时能够精确控制无刷双馈电机的有功和无功功率，抑制母线电压波动，提升无刷双馈电机的低压穿越能力。

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权利要求：

百度查询： 天津科技大学 一种基于分数阶滑模控制的无刷双馈电机低压穿越方法

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