基于邏輯開關(guān)控制的雙饋風(fēng)機多回路切換控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)自動化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于邏輯開關(guān)控制的雙饋風(fēng) 機多回路切換控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著可再生能源的大規(guī)模發(fā)展，風(fēng)電在電力系統(tǒng)的中所占比例越來越高，給傳統(tǒng) 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性控制帶來了新的挑戰(zhàn)。尤其是小概率重大故障的出現(xiàn)，對風(fēng)力發(fā)電 機的低電壓穿越能力提出了更高的要求。雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機在當(dāng)前的風(fēng)力發(fā)電中占有相 當(dāng)大的比重。雙饋風(fēng)機的傳統(tǒng)矢量控制算法基于定子磁鏈或定子電壓坐標(biāo)系對有功和無功 控制回路進(jìn)行解耦，利用PI控制實現(xiàn)了雙饋風(fēng)機最大功率追蹤、有功無功協(xié)調(diào)控制。傳統(tǒng)PI 控制系統(tǒng)的整定需要綜合考慮系統(tǒng)響應(yīng)的快速性與穩(wěn)態(tài)誤差，進(jìn)而確定一種折中的控制參 數(shù)。然而在電力系統(tǒng)受到大的擾動后，雙饋風(fēng)機偏離原來的運行點，傳統(tǒng)的矢量控制系統(tǒng)無 法發(fā)揮風(fēng)機換流器的最大控制能量使風(fēng)機以最快的速度回到原來的平衡點繼續(xù)運行。因 此，當(dāng)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)小概率重大故障時，傳統(tǒng)的矢量控制系統(tǒng)無法保證雙饋風(fēng)機的穩(wěn)定 運行。
[0003] 為了發(fā)掘雙饋風(fēng)機換流器的最大控制潛力，可以嘗試將雙饋風(fēng)機的控制系統(tǒng)設(shè)計 成開關(guān)控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的開關(guān)控制方法是利用極大值原理通過求解系統(tǒng)的哈密頓方程來得 到控制規(guī)律，開關(guān)控制系統(tǒng)可以最大限度發(fā)揮控制系統(tǒng)的性能使被控系統(tǒng)的動態(tài)表現(xiàn)出 時間最優(yōu)性。但是，要建立一個大規(guī)模電力系統(tǒng)的哈密頓函數(shù)需要知道整個系統(tǒng)的參數(shù)已 經(jīng)所有狀態(tài)變量，而且所得到的哈密頓函數(shù)將非常復(fù)雜。這就對求解其正則方程提出了極 大的挑戰(zhàn)。在最新的研究成果中，基于邏輯運算的開關(guān)控制方法一方面避免了傳統(tǒng)開關(guān)控 制方法依靠系統(tǒng)的哈密頓方程求取控制規(guī)律的問題，另一方面保持了傳統(tǒng)開關(guān)控制方法時 間最優(yōu)性的優(yōu)點。因此將基于邏輯運算的開關(guān)控制方法運用于雙饋風(fēng)機的控制中將極大的 提高雙饋風(fēng)機在電力系統(tǒng)受到大擾動后的魯棒性。同時，由于基于邏輯運算的開關(guān)控制系 統(tǒng)的設(shè)計僅需要系統(tǒng)的相對階數(shù)信息而不需要系統(tǒng)的精確參數(shù)，所得到的開關(guān)控制系統(tǒng)呈 現(xiàn)出對系統(tǒng)運行條件變化的強魯棒性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于邏輯開關(guān)控制的雙 饋風(fēng)機多回路切換控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)增強雙饋風(fēng)機在受到大擾動后維持穩(wěn)定運行的能 力，在電力系統(tǒng)暫態(tài)振蕩的初期，充分發(fā)揮雙饋風(fēng)機換流器的潛能，使雙饋風(fēng)機的各輸出 量，即發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、定子無功功率輸出、電網(wǎng)側(cè)換流器無功功率輸出、換流器電容端電 壓，以最快的速度收斂到平衡點附近，然后通過傳統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)使系統(tǒng)漸近穩(wěn)定于原平 衡點。
[0005] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0006] -種基于邏輯開關(guān)控制的雙饋風(fēng)機多回路切換控制系統(tǒng)，其控制對象為雙饋風(fēng)機 換流器，所述控制系統(tǒng)包括四個輸入信號，分別為雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速偏差雙饋 風(fēng)機定子無功功率輸出偏差％ =β-βι、雙饋風(fēng)機換流器電容電壓偏差\ =4-屹、雙饋風(fēng) 機電網(wǎng)側(cè)換流器無功功率輸出誤差％=:〇廠這，所述控制系統(tǒng)包括四個輸出信號，分別為雙 饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子側(cè)換流器q軸控制電壓V;，雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子側(cè)換流器d軸控制電壓<，雙饋風(fēng)機電 網(wǎng)側(cè)換流器d軸控制電壓Vgg和雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器q軸控制電壓<g.，所述四個輸出信號 以及四個輸入信號分別對應(yīng)于四個反饋控制通道，
[0007] 所述控制系統(tǒng)包括基于傳統(tǒng)矢量控制方法的雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制回路、基于二 階邏輯開關(guān)控制器的雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速開關(guān)控制回路、基于傳統(tǒng)矢量控制方法的雙饋風(fēng)機 定子無功功率控制回路、基于一階邏輯開關(guān)控制器的雙饋風(fēng)機定子無功功率控制回路、基 于傳統(tǒng)矢量控制方法的雙饋風(fēng)機換流器電容電壓控制回路、基于二階邏輯開關(guān)控制器的雙 饋風(fēng)機換流器電容電壓控制回路、基于傳統(tǒng)矢量控制方法的雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器無功功 率控制回路、基于一階邏輯開關(guān)控制器的雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器無功功率控制回路以及雙 饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制回路切換控制單元、雙饋風(fēng)機定子無功功率控制回路切換單元、雙饋 風(fēng)機換流器電容電壓控制回路切換控制單元、雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)無功功率控制回路切換單 元，其中，所述雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速偏差信號經(jīng)過所述基于傳統(tǒng)矢量控制方法的雙 饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制回路、所述基于二階邏輯開關(guān)控制器的雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速開關(guān)控制回 路和所述雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制回路切換控制單元后輸出所述雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子側(cè)換流器q軸 控制電壓V;，所述雙饋風(fēng)機定子無功功率輸出偏差這經(jīng)過所述基于傳統(tǒng)矢量控制 方法的雙饋風(fēng)機定子無功功率控制回路、所述基于一階邏輯開關(guān)控制器的雙饋風(fēng)機定子無 功功率控制回路和所述雙饋風(fēng)機定子無功功率控制回路切換單元輸出所述雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子 側(cè)換流器d軸控制電壓 <:，所述雙饋風(fēng)機換流器電容電壓誤差氣。=^-$經(jīng)過所述基于傳 統(tǒng)矢量控制方法的雙饋風(fēng)機換流器電容電壓控制回路、所述基于二階邏輯開關(guān)控制器的雙 饋風(fēng)機換流器電容電壓控制回路和所述雙饋風(fēng)機換流器電容電壓控制回路切換控制單元 后輸出所述雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器d軸控制電壓>'I g，所述雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器輸出無功 功率誤差&=這-鉉經(jīng)過所述基于傳統(tǒng)矢量控制方法的雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器無功功率控 制回路、所述基于一階邏輯開關(guān)控制器的雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器無功功率控制回路和所述 雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)無功功率控制回路切換單元后輸出所述雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器q軸控制電 壓4。
[0008] 進(jìn)一步地，所述雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制回路切換控制單元用于控制所述基于傳統(tǒng) 矢量控制方法的雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制回路和所述基于二階邏輯開關(guān)控制器的雙饋風(fēng)機 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速開關(guān)控制回路之間的切換動作；
[0009] 所述基于傳統(tǒng)矢量控制方法的雙饋轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制回路用于在所述雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)速控制回路切換控制單元將控制信號切換到所述基于傳統(tǒng)矢量控制方法的雙饋轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 速控制回路時根據(jù)雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速偏差來提供相應(yīng)控制電壓
[0010] 所述基于二階邏輯開關(guān)控制器的雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速開關(guān)控制回路用于在所述雙 饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制回路切換控制單元將控制信號切換到所述基于二階邏輯開關(guān)控制器 的雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速開關(guān)控制回路時根據(jù)雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速偏差來提供相應(yīng)控制電壓 Vqr_LB 6
[con]所述雙饋風(fēng)機定子無功功率控制回路切換單元用于控制所述基于傳統(tǒng)矢量控制 方法的雙饋風(fēng)機定子無功功率控制回路和所述基于一階邏輯開關(guān)控制器的雙饋風(fēng)機定子 無功功率控制回路之間的切換動作；
[0012] 所述基于傳統(tǒng)矢量控制方法的雙饋風(fēng)機定子無功功率控制回路用于當(dāng)所述雙饋 風(fēng)機定子無功功率控制回路切換單元將控制信號切換到所述基于傳統(tǒng)矢量控制方法的雙 饋風(fēng)機定子無功功率控制回路時根據(jù)雙饋風(fēng)機定子無功功率輸出誤差來提供相應(yīng)控制電 __ . *
[0013] 所述基于一階邏輯開關(guān)控制器的雙饋風(fēng)機定子無功功率控制回路用于當(dāng)所述雙 饋風(fēng)機定子無功功率控制回路切換單元將控制信號切換到所述基于一階邏輯開關(guān)控制器 的雙饋風(fēng)機定子無功功率控制回路時根據(jù)雙饋風(fēng)機定子無功功率輸出誤差來提供相應(yīng)控 制電壓;
[0014] 所述雙饋風(fēng)機換流器電容電壓控制回路切換控制單元用于控制所述基于傳統(tǒng)矢 量控制方法的雙饋風(fēng)機換流器電容電壓控制回路和所述基于二階邏輯開關(guān)控制器的雙饋 風(fēng)機換流器電容電壓控制回路之間的切換動作；
[0015] 所述基于傳統(tǒng)矢量控制方法的雙饋風(fēng)機換流器電容電壓控制回路用于當(dāng)所述雙 饋風(fēng)機換流器電容電壓控制回路切換控制單元將控制信號切換到所述基于傳統(tǒng)矢量控制 方法的雙饋風(fēng)機換流器電容電壓控制回路時根據(jù)雙饋風(fēng)機換流器電容電壓偏差來提供相 應(yīng)的控制電壓
[0016] 所述基于二階邏輯開關(guān)控制器的雙饋風(fēng)機換流器電容電壓控制回路用于當(dāng)所述 雙饋風(fēng)機換流器電容電壓控制回路切換控制單元將控制信號切換到所述基于二階邏輯開 關(guān)控制器的雙饋風(fēng)機換流器電容電壓控制回路時根據(jù)雙饋風(fēng)機換流器電容電壓偏差來提 供相應(yīng)的控制電壓v】g U3 ;
[0017] 所述雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)無功功率控制回路切換單元用于控制所述基于傳統(tǒng)矢量控 制方法的雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器無功功率控制回路和所述基于一階邏輯開關(guān)控制器的雙 饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器無功功率控制回路之間的切換動作；
[0018] 所述基于傳統(tǒng)矢量控制方法的雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器無功功率控制回路用于當(dāng) 所述雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器無功功率控制回路切換單元將控制信號切換到所述基于傳統(tǒng) 矢量控制方法的雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器無功功率控制回路時根據(jù)雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器 無功功率輸出誤差來提供相應(yīng)的控制電壓
[0019] 所述基于一階邏輯開關(guān)控制器的雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器無功功率控制回路用于 當(dāng)所述雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)無功功率控制回路切換單元將控制信號切換到基于所述一階邏輯 開關(guān)控制器的雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器無功功率控制回路時根據(jù)雙饋風(fēng)機電網(wǎng)側(cè)換流器無 功功率輸出誤差來提供相應(yīng)的控制電壓。
[0020] 進(jìn)一步地，所述一階邏輯開關(guān)控制器基于邏輯運算產(chǎn)生控制信號，其控制邏輯為：
[0021]
[0022] 其中q(t)為控制邏輯的輸出，G(e,?，蘭,guld) = [e2i"v(e>￡A%ld)]，e是系統(tǒng)輸出 的跟蹤誤差，J是跟蹤誤差的上邊界4是跟蹤誤差的下邊界，q〇id是對應(yīng)邏輯變量上一時步 的邏輯值，Λ為邏輯"與"運算，V為邏輯"或"運算，褚和K定義輸出變量跟蹤誤差的誤差 區(qū)間即6 :=_{e_e.!R|^ ，&+和叫定義Fo內(nèi)的