基于混雜系統(tǒng)的風電直流母線電壓穩(wěn)定控制器及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于混雜系統(tǒng)的風電直流母線電壓穩(wěn)定控制器及控制方法，在基于固態(tài)變壓器的新型永磁風電并網(wǎng)系統(tǒng)的低壓直流側(cè)，通過雙向DC-DC變換單元加入超級電容器，建立基于Boost電路建立混雜系統(tǒng)模型，并引入類滑?？刂撇呗?，利用超級電容器的快速充放電特性，提高直流電壓的穩(wěn)定性，本發(fā)明還包括了其控制實現(xiàn)方法，該并網(wǎng)系統(tǒng)直流側(cè)電壓波動、超級電容器充放電電壓和充放電電流變小，實現(xiàn)快速準確的抑制風電系統(tǒng)直流母線電壓波動，改善其并網(wǎng)的電能質(zhì)量和穩(wěn)定性。
【專利說明】基于混雜系統(tǒng)的風電直流母線電壓穩(wěn)定控制器及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風電直流母線電壓穩(wěn)定控制技術(shù)，尤其是涉及一種基于混雜系統(tǒng)的風電直流母線電壓穩(wěn)定控制器及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在風力發(fā)電系統(tǒng)中，當風速變化強烈時，將造成直流側(cè)電壓較為劇烈的波動，進而影響并網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。此外，電網(wǎng)電壓的跌落將引起風電系統(tǒng)直流側(cè)電壓波動，甚至引起發(fā)電機側(cè)變流器功率失衡，風電機組脫網(wǎng)，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量構(gòu)成威脅，造成巨大損失。
[0003]從以上兩個問題可以看出，為了保證聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量，抑制風電系統(tǒng)直流側(cè)電壓的波動是關(guān)鍵。因此本發(fā)明在低壓直流側(cè)并聯(lián)超級電容器，在風力發(fā)電系統(tǒng)中通過雙向DC-DC變換器對超級電容器快速充放電來恢復(fù)并維持直流母線電壓。而DC-DC變換器的拓撲結(jié)構(gòu)及其控制方法對減少變換器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的超調(diào)，抑制直流母線電壓波動具有重要的意義。DC-DC變換器常用狀態(tài)空間平均或電路平均的小信號法作為主要建模與分析的方法。此方法便于系統(tǒng)穩(wěn)定性分析以及控制器的設(shè)計，但由于小信號模型是通過忽略模型中高次項近似得到，因此當系統(tǒng)面對大信號擾動時(如電網(wǎng)電壓跌落)，此方法具有局限性。近年來，由于運用混雜系統(tǒng)理論建模精度高，無需近似處理，混雜系統(tǒng)被越來越多地應(yīng)用于DC-DC變換器的建模和控制。文獻馬皓，祁峰，張霓.基于混雜系統(tǒng)的DC-DC變換器建模與控制[J].中國電機工程學報，2007，27 (36):92-96.建立了DC-DC變換器在連續(xù)工作模式下混雜系統(tǒng)模型，提出一種基于李雅普諾夫的穩(wěn)定條件的新型類滑模控制策略；文獻M0SS0BA J.TjKREIN PT.Exploration of Deadbeat Control forDC-DCconverters as hybrid system[C].Proceedings of36th IEEE Power ElectronicsSpecialists Conference Brail:IEEE,2005 ； 1004-1010.使用包括滑?？刂婆c邊界開關(guān)控制在內(nèi)的幾何控制方法，得出混雜系統(tǒng)定義下二維變量DC-DC變換器的deadbeat的控制策略。但這些建模方法和控制策略都沒有運用到風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，沒有與實際系統(tǒng)結(jié)合。專利《一種永磁同步風力發(fā)電機并網(wǎng)系統(tǒng)》(申請公布號為CN103219740)提出了一種基于固態(tài)變壓器的風力發(fā)電系統(tǒng)，在儲能部分，對DC-DC變換器的控制簡單的采用PI控制，控制效果一般，同時只仿真了超級電容器充電的情況，不能充分體現(xiàn)超級電容器快速充放電特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的問題是維持風電系統(tǒng)在大信號擾動時直流母線電壓穩(wěn)定，通過提供一種基于混雜系統(tǒng)的風電直流母線電壓穩(wěn)定控制器及控制方法，在基于固態(tài)變壓器的新型永磁風電并網(wǎng)系統(tǒng)的低壓直流側(cè)，通過雙向DC-DC變換單元加入超級電容器，建立基于Boost電路建立混雜系統(tǒng)模型，并引入類滑?？刂撇呗裕贸夒娙萜鞯目焖俪浞烹娞匦?，提高直流電壓的穩(wěn)定性，本發(fā)明還包括了其控制實現(xiàn)方法，該并網(wǎng)系統(tǒng)直流側(cè)電壓波動、超級電容器充放電電壓和充放電電流變小，實現(xiàn)快速準確的抑制風電系統(tǒng)直流母線電壓波動，改善其并網(wǎng)的電能質(zhì)量和穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種基于混雜系統(tǒng)的風電直流母線電壓穩(wěn)定控制器，該控制器接在低壓直流側(cè)，其特征在于，所述的控制器包括雙向DC-DC變換單元和超級電容單元，所述的雙向DC-DC變換單元由兩個開關(guān)器件Tl和T2同向串聯(lián)組成雙向半橋Buck-Boost電路，其兩端分別連接低壓直流側(cè)電容C的兩端，所述的超級電容單元包括電感L、電阻Rs。和超級電容Cs。，所述的電感L、電阻Rs。和超級電容Cs。依次串聯(lián)后并聯(lián)在開關(guān)器件T2兩端。
[0007]所述的開關(guān)器件為IGBT、IGCT或電力MOSFET。
[0008]一種基于混雜系統(tǒng)的風電直流母線電壓穩(wěn)定控制器的控制方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0009]I)建立DC-DC變換器混雜系統(tǒng)模型
[0010]根據(jù)耗散的端口受控哈密頓系統(tǒng)，連續(xù)工作模式下的DC-DC變換器表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于混雜系統(tǒng)的風電直流母線電壓穩(wěn)定控制器，該控制器接在低壓直流側(cè)，其特征在于，所述的控制器包括雙向DC-DC變換單元和超級電容單元，所述的雙向DC-DC變換單元由兩個開關(guān)器件Tl和T2同向串聯(lián)組成雙向半橋Buck-Boost電路，其兩端分別連接低壓直流側(cè)電容C的兩端，所述的超級電容單元包括電感L、電阻Rs。和超級電容Cs。，所述的電感L、電阻Rs。和超級電容Cs。依次串聯(lián)后并聯(lián)在開關(guān)器件T2兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，所述的開關(guān)器件為IGBT、IGCT或電力MOSFET。
3.—種權(quán)利要求1所述的基于混雜系統(tǒng)的風電直流母線電壓穩(wěn)定控制器的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)建立DC-DC變換器混雜系統(tǒng)模型 根據(jù)耗散的端口受控哈密頓系統(tǒng)，連續(xù)工作模式下的DC-DC變換器表示為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，在DC-DC變換器的控制上加入類滑?？刂?。
【文檔編號】H02J3/28GK103812127SQ201410064509
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】張明銳, 李元浩 申請人:同濟大學