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IP屬地：天津 上傳時間：2022-08-01 格式：DOC 頁數(shù)：10 大小：1.77MB 積分：26 舉報 版權申訴

1、中國科技論文在線- PAGE 10 - FORMTEXT 雙饋風力發(fā)電機的高階滑?？刂?FORMTEXT 陳濱， FORMTEXT 馮勇， FORMTEXT 周銘浩作者簡介：陳濱（1987-），男，碩士，電氣工程、風力發(fā)電通信聯(lián)系人：馮勇（1962-），男，教授，主要從事電力電子與電力傳動、高階滑?？刂频鹊难芯? E-mail: yfengSET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5S

2、ET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1

3、.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET bkCompanyEN School of Electrial Engineering and Autom

4、ation,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001;School of Electrial Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001;School of Electrial Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001 * MERGEFORMATSchool of Electrial Engineering and Automation,Harb

5、in Institute of Technology,Harbin 150001;School of Electrial Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001;School of Electrial Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001SET bkCompanyCHN 哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院，哈爾濱 150001;哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院，哈爾濱 150001;

6、哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院，哈爾濱 150001 * MERGEFORMAT哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院，哈爾濱 150001;哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院，哈爾濱 150001;哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院，哈爾濱 150001SET bkPostcode 150001;150001; * MERGEFORMAT150001;150001;SET bkMobile13603616465; * MERGEFORMA13603616465;SET bkTelphone 86415601;86415601; * MERG

7、EFORMAT86415601;86415601;SET bkAddress 黑龍江省哈爾濱市哈爾濱工業(yè)大學一區(qū)電機樓10023室;黑龍江省哈爾濱市哈爾濱工業(yè)大學一區(qū)電機樓10023室; * MERGEFORMAT黑龍江省哈爾濱市哈爾濱工業(yè)大學一區(qū)電機樓10023室;黑龍江省哈爾濱市哈爾濱工業(yè)大學一區(qū)電機樓10023室;SET bkEmail ;yfeng;Zhouminghaopeter * MERGEFORMAT;yfeng;ZhouminghaopeterSET bkIntroduction 陳濱（1987-），男，碩士，電氣工程、風力發(fā)電;馮勇（1962-），男，教授，主要從事電力電子

8、與電力傳動、高階滑模控制等的研究;周銘浩（1986-），男，博士，電氣工程、電機控制 * MERGEFORMAT陳濱（1987-），男，碩士，電氣工程、風力發(fā)電;馮勇（1962-），男，教授，主要從事電力電子與電力傳動、高階滑模控制等的研究;周銘浩（1986-），男，博士，電氣工程、電機控制SET bkAuthorCHN 陳濱;馮勇;周銘浩 * MERGEFORMAT陳濱;馮勇;周銘浩SET bkAuthorEN Chen Bin;Feng Yong;Zhou Minghao * MERGEFORMATChen Bin;Feng Yong;Zhou MinghaoSET bkContact 馮

9、勇 * MERGEFORMAT馮勇SET bkFund * MERGEFORMAT SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SE

10、T version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET bkReferencesInfo 1*|*期刊*|*M Liserre,R Cardenas.Overview of multi-MW wind turbines and wind parksJ.IEEE Trans.on Power Electrionics,2011,58(4):1084-1095.2*|*期刊*|*A Levant.

11、Quasi-continuous high-order sliding-mode controllersJ.IEEE Conference.on Decision and Control,2003:4605-4610.3*|*學位論文*|*張學廣.變速恒頻雙饋風電機組并網(wǎng)控制策略研究D.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學,2009.4*|*學位論文*|*趙陽.風力發(fā)電系統(tǒng)用雙饋感應發(fā)電機矢量控制技術的研究D.武漢:華中科技大學,2008.5*|*期刊*|*戴暉,沈錦飛.基于定子磁鏈的雙饋電機矢量控制系統(tǒng)的研究J.電工電氣,2010,(8):5-8.6*|*期刊*|* Qizhong L, Lan Y.Co

12、mparison of control strategy for Double-fed induction generatorJ.Proc.3rd ICMTMA,2011,(1):741-744.7*|*期刊*|*Yong Feng,Xinghuo Yu and Xuemei Zheng.Secon-order terminal sliding mode control of Input-Delay systems.Asian Journal of Control,2006,(8):12-20. * MERGEFORMAT1*|*期刊*|*M Liserre,R Cardenas.Overvi

13、ew of multi-MW wind turbines and wind parksJ.IEEE Trans.on Power Electrionics,2011,58(4):1084-1095.2*|*期刊*|*A Levant.Quasi-continuous high-order sliding-mode controllersJ.IEEE Conference.on Decision and Control,2003:4605-4610.3*|*學位論文*|*張學廣.變速恒頻雙饋風電機組并網(wǎng)控制策略研究D.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學,2009.4*|*學位論文*|*趙陽.風力發(fā)電系統(tǒng)用雙

14、饋感應發(fā)電機矢量控制技術的研究D.武漢:華中科技大學,2008.5*|*期刊*|*戴暉,沈錦飛.基于定子磁鏈的雙饋電機矢量控制系統(tǒng)的研究J.電工電氣,2010,(8):5-8.6*|*期刊*|* Qizhong L, Lan Y.Comparison of control strategy for Double-fed induction generatorJ.Proc.3rd ICMTMA,2011,(1):741-744.7*|*期刊*|*Yong Feng,Xinghuo Yu and Xuemei Zheng.Secon-order terminal sliding mode cont

15、rol of Input-Delay systems.Asian Journal of Control,2006,(8):12-20.SET bkAuthorsInfo |1|陳濱|Chen Bin|哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院，哈爾濱 150001|School of Electrial Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001|陳濱（1987-），男，碩士，電氣工程、風力發(fā)電|黑龍江省哈爾濱市哈爾濱工業(yè)大學一區(qū)電機樓10023室|150001|86415601/p>

16、*|2|馮勇|Feng Yong|哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院，哈爾濱 150001|School of Electrial Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001|馮勇（1962-），男，教授，主要從事電力電子與電力傳動、高階滑?？刂频鹊难芯縷黑龍江省哈爾濱市哈爾濱工業(yè)大學一區(qū)電機樓10023室|150001|yfeng|864156013|周銘浩|Zhou Minghao|哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院，哈爾濱 150001|School of Ele

17、ctrial Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001|周銘浩（1986-），男，博士，電氣工程、電機控制|Zhouminghaopeter| * MERGEFORMAT|1|陳濱|Chen Bin|哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院，哈爾濱 150001|School of Electrial Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001|陳濱（1987-），男，碩士，電氣工程、風力發(fā)電|黑龍

18、江省哈爾濱市哈爾濱工業(yè)大學一區(qū)電機樓10023室|150001|86415601|2|馮勇|Feng Yong|哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院，哈爾濱 150001|School of Electrial Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001|馮勇（1962-），男，教授，主要從事電力電子與電力傳動、高階滑模控制等的研究|黑龍江省哈爾濱市哈爾濱工業(yè)大學一區(qū)電機樓10023室|150001|yfeng|864156013|周銘浩|Zho

19、u Minghao|哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院，哈爾濱 150001|School of Electrial Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001|周銘浩（1986-），男，博士，電氣工程、電機控制|Zhouminghaopeter|SET bkTitleInfo 雙饋風力發(fā)電機的高階滑?？刂苵High-order Siliding Mode Control of Doubly-fed Induction Generator| * MERGEFORMAT雙饋風力發(fā)電機的高階滑?？?/p>

20、制|High-order Siliding Mode Control of Doubly-fed Induction Generator|（哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院，哈爾濱 150001）SET bkTitleInfo * MERGEFORMAT SET bkAuthorsInfo * MERGEFORMAT 摘要： FORMTEXT 在變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)中，雙饋發(fā)電機已成為一種最重要的發(fā)電機，因此研究新型控制策略來實現(xiàn)雙饋發(fā)電機的安全、穩(wěn)定、高效運行具有重要意義。雙饋發(fā)電機是個多變量、強耦合的非線性系統(tǒng)，傳統(tǒng)的線性控制策略難以實現(xiàn)雙饋發(fā)電機好的動靜態(tài)性能。高階滑?？刂撇呗允且环N魯

21、棒性強、收斂速度快、跟蹤精度高的非線性控制策略，同時它還克服了傳統(tǒng)滑模控制理論中的抖振問題。本文基于雙饋發(fā)電機在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系（dq）下的數(shù)學模型，根據(jù)高階滑?？刂评碚撛O計了雙饋發(fā)電機的速度和了電流控制器，通過計算機仿真來驗證了所設計的高階滑?？刂破鞯挠行?。關鍵詞： FORMTEXT 風力發(fā)電；矢量控制；高階滑?？刂浦袌D分類號： FORMTEXT TM315SET bkAuthorsInfo * MERGEFORMAT SET bkTitleInfo * MERGEFORMAT FORMTEXT High-order Siliding Mode Control of Doubly-fed

22、 Induction Generator FORMTEXT Chen Bin1, FORMTEXT Feng Yong1, FORMTEXT Zhou Minghao2(1. School of Electrial Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001;2. School of Electrial Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001)Abstract: FORMTEXT Doubl

23、y-fed induction generator is the most important generator used for VSCF wind power generation system. so researching on new control strategy to ensure safe, stable and efficient operation of DFIG has important meaning. As DFIG is a multiple variables, strong coupling and nonlinear system, which make

24、s it difficult to use traditional linear control strategy to control the DFIG with good dynamic and static performance. High-order sliding mode control strategy has many important advantages, such as strong robustness，fast convergence，high tracking accuracy and ability to eliminate the chattering ph

25、enomenon existing in the conventional sliding mode control. In this paper, speed and current controllers of DFIG are designed based on the mathematical mode of DFIG in d-q synchronous rotating reference frame and the high-order sliding mode control theory. The validity of the proposed method has bee

26、n verified by computer simulation. Key words: FORMTEXT Wind power; Vector control; High-order sliding mode control引言風能是種世界上存在廣泛、蘊藏量大、易被利用、可再生的綠色能源。利用風能來代替石油、煤炭等不可再生化石能源是解決能源和環(huán)境問題的有效途徑。目前基于雙饋發(fā)電機的風力發(fā)電機組在風電市場中所占的份額超過50%1，并且雙饋電機也在向大容量發(fā)展，雙饋發(fā)電機安全穩(wěn)定運行不僅關系到風電機組的安全，而且關系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。高階滑?？刂?是由以A.Levent為代表的一批研究人員提出

27、的,它有效的消除了傳統(tǒng)滑模中的抖振問題，這是滑?？刂评碚摪l(fā)展的一個巨大進步。高階滑?？刂凭哂泻芎玫目垢蓴_能力，因此設計高階滑模控制器有利于提高雙饋發(fā)電機抗干擾能力，從而使得雙饋發(fā)電機的安全、穩(wěn)定運行。同時高階滑?？刂祈憫俣瓤?、跟蹤精度高的優(yōu)點，有利于提高發(fā)電機的效率。本文采用定子電壓定向的矢量控制方法3來實現(xiàn)對雙饋電機的控制，這種控制方法具有轉(zhuǎn)速、無功功率外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結構。雙饋發(fā)電機的數(shù)學模型雙饋發(fā)電機的定子直接與電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子接交流勵磁電源，通過對轉(zhuǎn)子電流的控制可以實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速或功率的控制。本文在建立雙饋電機數(shù)學模型時，定、轉(zhuǎn)子繞組均采用電動機慣例，定、轉(zhuǎn)子繞組電流以流入為正,

28、則它在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系(dq)下的數(shù)學模型4為：(1)電壓方程： （1-1）(2)磁鏈方程： （1-2）(3)轉(zhuǎn)矩方程： （1-3）(4)運動方程： （1-4）(5)功率方程： (1-5)式中，、為定子磁鏈d、q軸分量；、為轉(zhuǎn)子磁鏈d、q軸分量；，為定子電壓d、q軸分量；，為轉(zhuǎn)子電壓d、q軸分量；，為定子電流d、q軸分量；，為轉(zhuǎn)子電流d、q軸分量；為定子旋轉(zhuǎn)角速度；為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電角速度；為轉(zhuǎn)差角速度，；為dq軸坐標系下；為dq軸坐標系下轉(zhuǎn)子等效兩相繞組自感；為dq軸坐標系下定子與轉(zhuǎn)子等效兩相繞組自感；定子電阻；轉(zhuǎn)子電阻；為電機極對數(shù)；為發(fā)電機轉(zhuǎn)動慣量；為摩擦系數(shù)；負載轉(zhuǎn)矩，也是風力機給雙饋發(fā)電

29、機的拖動轉(zhuǎn)矩，當此轉(zhuǎn)矩為負時，雙饋電機運行于發(fā)電狀態(tài)；、分別為定子有功及無功功率。高階滑?？刂破髟O計雙饋發(fā)電機的矢量控制矢量控制首先應用到了鼠籠式異步電機中，使鼠籠式異步電機調(diào)速系統(tǒng)獲得了可以和直流電機調(diào)速系統(tǒng)相媲美的動、靜態(tài)性能。目前已被應用到了雙饋發(fā)電機控制中，并且成為了雙饋發(fā)電機控制最為常用的一種方法。雙饋發(fā)電機矢量控制中最為常用的是定子電壓定向的矢量控制和定子磁鏈定向的矢量控制5。采用定子磁鏈定向時會存在定子磁鏈觀測不準確的問題6，定向不準確影響雙饋發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能，因此本文采用定子電壓定向的矢量控制技術來對雙饋發(fā)電機進行控制。定子電壓定向的矢量控制原理圖如圖1所示。 圖1

30、 定子電壓定向的矢量控制原理圖將兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系的d軸與定子電壓矢量方向重合，則，（為定子電壓矢量幅值）在忽略定子電阻值時可得，。由磁鏈方程(1-2)式中的定子磁鏈方程可推得下式： （2-1）將(2-1)式帶人（1-2）式中的轉(zhuǎn)子磁鏈方程得： （2-2）其中，將(2-2)式代入電壓方程(1-2)式中的轉(zhuǎn)子電壓方程，可得定子電壓定向下轉(zhuǎn)子電壓方程表達式： （2-3）將定子電壓定向下定子磁鏈值代入（1-4）式，可得定子電壓定向下的運動方程： （2-4）將（2-1）式代入(1-5)得： （2-5）控制器設計(1)轉(zhuǎn)速控制器設計定義轉(zhuǎn)速誤差為，誤差方程為： (2-6)對誤差進行求導并將(2-4)式代

31、入得： （2-7）本文采用終端滑模模面7，滑模面方程為： （2-8）式中，且為奇數(shù)?？刂坡傻脑O計如下： (2-9) (2-10) (2-11) （2-12）式中，。為證明所設計控制器的漸進穩(wěn)定性，選取下面的李雅普諾夫函數(shù)進行證明： (2-13)對上式求導得： (2-14)證明：將(2-6)、(2-8) 、(2-9)代入(2-7)得： (2-15)對上式求導得： (2-16)將上式代入（2-13）得：由于，則： 對于 由李雅普諾夫定理知，系統(tǒng)將在有限時間內(nèi)到達滑模面，當系統(tǒng)到達滑模面時有，進而有，系統(tǒng)穩(wěn)定在參考點。（2）d軸電流控制器設計定義d軸電流的誤差為，誤差方程為： （2-17）對誤差進行

32、求導并將(2-3)式轉(zhuǎn)子d軸電壓方程代入得： （2-18）終端滑模面方程為： （2-19）式中，且為奇數(shù)。控制律設計如下： （2-20） （2-21） （2-22） （2-23）式中，。(3) q軸電流控制器設計定義q軸電流誤差為，誤差方程為： （2-24）對誤差進行求導并將(2-3)式轉(zhuǎn)子q軸電壓方程代入得： （2-25）終端滑模面方程為： （2-26）式中，且為奇數(shù)?？刂坡傻脑O計如下： （2-27） （2-28） （2-29）式中，。轉(zhuǎn)子d、q軸電流控制器的穩(wěn)定性證明與轉(zhuǎn)速控制器穩(wěn)定性證明的方法相同，文中不再論述。(4)無功功率控制器設計由式(2-5)知，采用定子電壓定向后，轉(zhuǎn)子電流實現(xiàn)解耦，為有功電流分量，為無功電流分量。選取為控制變量可以實現(xiàn)對雙饋電機無功功率的控制。無功功率控制器采用PI控制方法設計如下： (2-30)式中，、分別為比例、積分項的增益。仿真研究雙饋發(fā)電機參數(shù)：，。仿真結果中注有“HSML”是高階滑?？刂频姆抡娼Y果，注有“SML”是傳統(tǒng)滑?？刂频姆抡娼Y果。無功功率的給定值。 圖2 給定轉(zhuǎn)速 圖3轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 圖4 轉(zhuǎn)速誤差 圖5 轉(zhuǎn)子a相電流圖6 定子a相電流 圖7 定子無功功率 圖8 負載轉(zhuǎn)矩 圖9 電磁轉(zhuǎn)矩 圖10 轉(zhuǎn)子d軸電壓 圖11 轉(zhuǎn)子q軸電壓從圖2圖4中可以看出在負載轉(zhuǎn)矩變化的情況下，雙饋發(fā)電機能夠在快速準確的跟蹤給定轉(zhuǎn)