CN107069815B

CN107069815B - 一种风力发电并网运行的模糊控制方法

Info

Publication number: CN107069815B
Application number: CN201710267002.0A
Authority: CN
Inventors: 赵晶; 钟智雄
Original assignee: Xiamen University of Technology
Current assignee: Xiamen University of Technology
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2019-09-10
Anticipated expiration: 2037-04-21
Also published as: CN107069815A

Abstract

本发明提供一种风力发电系统并网运行的模糊控制方法，包括如下步骤：首先搭建风力发电实验系统，其中，所述风力发电实验系统包括两组风力发电机、两组AC/DC整流器、两组DC/DC变流器、以及一个公共的负载，所述两组风力发电装置共同提供电能供所述负载使用；其次根据物理学原理，建立所述风力发电实验系统的数学模型，该数学模型属于一个具有二个非线性子系统的互联系统；最后基于所述的数学模型，设计分布式状态反馈模糊控制器，并给出系统的仿真测试平台。本发明提供的分布式模糊控制方法可以保证风力发电网络的安全稳定运行。

Description

一种风力发电并网运行的模糊控制方法

技术领域

本发明关于一种风力发电系统并网运行的控制方法。

背景技术

并着环境污染的加剧，人们开始加大新能源微型电网的建设。对比交流电网，直流电网具有电能传输效率高，免去频率的控制、与直流负载对接容易等特性，被广泛研究。然而，针对具有多个新能源发电单元的直流微电网和具有多个直流微电网所组成的直流微电网群，单一发电系统的稳定是无法保证整个微电网或微电网群的稳定运行。此外，DC/DC变流器广泛应用于直流微电网中，它具有内在的非线性。这些情形使得对整个直流微电网或微电网群的控制变得更加困难。

发明内容

鉴于上述情况，有必要提供一种风力发电系统并网运行的模糊控制方法，可以有效解决上述问题。

本发明提供一种风力发电系统并网运行的控制方法，包括如下步骤：

S1，搭建风能发电实验系统，其中，所述的实验系统包括两组风力发电装置和两组DC/DC变流器，以及一个共同的负载，所述两组风能发电装置共同为所述的负载提供电能；

S2，建立所述风能发电实验系统的数学模型，该数学模型属于一个具有两组非线性子系统的互联系统；以及

S3，基于所述数学模型，设计分布式模糊状态反馈控制器的控制方法。

本发明提供的分布式模糊控制方法可以保证风力发电网络的安全稳定运行。

附图说明

图1为风力发电系统并网运行控制方法的实施步骤图。

图2为风力发电系统并网运行控制方法的结构示意图。

图3为风力发电并网运行实验平台。

具体实施方式

请参照图1，本发明实施一种风力发电系统并网运行的模糊控制方法，包括如下步骤：

S1，请参照图2，搭建风力发电并网运行系统100，其中，所述风力发电并网运行系统100包括两组风力发电单元(10,20)、两组AC/DC整流器(11,21)、两组DC/CD变流器(12,22)，以及一个公共负载30，所述两组风力发电单元通过传输线(13,23)共同对公共负载30供电；

S2，建立了所述风力发电并网运行系统的数学模型，该数学模型属于一个具有二个非线性子系统的互联系统；

S3，基于所述的数学模型，建立分布式模糊状态反馈控制器的控制方法。

在步骤S1中，所述两组风力发电单元(10,20)发电后，通过AC/DC整流(11,21)后，再通过DC/DC变流器(12,22)调控成具有相当电压等级的直流电压；接着，分别通过传输线(13,23)共同对公共负载30供电。

在步骤S2中，发电系统的数学模型如公式(1)：

进一步的，选择系统的参数i_d(1)，i_q(1)，ψ_m(1)，i₍₁₎，i_d(2)，i_q(2)，i₍₂₎,v作为模糊前件变量后，那么所述太阳能光伏发电非线性系统可以通过以下的T-S模糊模型来近似表达：

其中i∈{1,2},并且

在步骤S3中，所要设计的分布式模糊状态反馈控制器具有如下的形式，

其中K_ij(μ_i)和K_ij(μ_i)是模糊状态反馈控制器增益。

在步骤S3中，所述分布式模糊状态反馈控制器的参数通过如下的方法获得：

首先将所述分布式模糊状态反馈控制器(4)代入风力发电互联系统(2)后，获得如下闭环的模糊控制系统：

接着考虑如下的函数,

其中是对称正定矩阵。

现在对函数V(x(t))进行求进后，并将系统(5)代入后得代：

通过Young’s不等式，得代：

其中是正定对称的矩阵。

定义正定对称的矩阵并随着公式(7)，我们得代：

组合公式(7)与(9)，并且使用锥补定理后得代以下的公式暗示

其中

引入如下的结果：

现在定义并且通过如下的定义实现一个矩阵的全等变换代(10)后，

紧接着抽出模糊前件变量，并通过MATLAB的LMI工具箱求解如下的公式，从而获得分散式模糊事件触发控制器的参数：

其中

其中是正定对称的矩阵，(l,f)∈{1,2,…,r_i},s∈{1,2,…,r_j}那么分布式模糊状态反馈控制器的参数计算如下：

在步骤S3后，请参照图3，可进一步包括搭建DSPACE的仿真测试平台。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种风能发电系统并网运行的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

所述数学模型为：

其中角标(1)和(2)分别表示第一组与第两组的风力发电系统；L_q和L_d是d-q轴的感抗；i_q和i_d是d-q轴的电流，i₁和i₂是分别是第一组与第两组风力发电流过负载的电流；ψ_m是通过电子绕组磁通；R_s是定子阻抗；P是极对数；ρ是空气气隙；v是风速；C_p是功率因素；A是迎风的区域；ω_e是电角速度；J转动系统的惯量；R₁和R₂分别是第一组与第两组风力发电系统的输电线路阻抗；V_dc是DC/DC变换器的输出电压；u是DC/DC变换器占空比的输入信号；C_pm是DC/DC变换器输出的并联电容；r是发电机转子半径；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，选择非线性子系统的互联系统的参数{i_d(1)，i_q(1)，ψ_m(1)，i₍₁₎，i_d(2)，i_q(2)，ψ_m(2)，i₍₂₎,v}作为模糊前件变量，则风力发电非线性系统可通过以下的T-S模糊模型来近似表达：

其中i∈{1,2},并且

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述分布式模糊状态反馈控制器具有如下的形式：

其中，K_i(μ_i)和K_ij(μ_i)是模糊状态反馈控制器增益。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分布式模糊状态反馈控制器的参数通过如下的方法获得：

S31，将所述分布式模糊状态反馈控制器(4)代入(2)后，获得如下闭环的模糊控制系统：

S32，接着考虑函数,

其中是对称正定矩阵；并对函数V(x(t))

进行求进后，并将(5)代入后得代：

S33，通过Young’s不等式，得代：

其中是正定对称的矩阵，并定定正定对称的矩阵并并着并式(7)，得代：

S34，组合并式(7)与(9)，并且使用锥补定理后得代以下的并式确认

其中

S35，引入如下的结果：

S36，定定并且通过如下的定定实现一个矩阵的全等变换代(10)后，

S37，紧接着抽出模糊前件变量，并通过MATLAB的LMI工具箱求解如下的并式，从而获得分散式模糊事件触发控制器的参数：

其中

其中是正定对称的矩阵，(l,f)∈{1,2,…,r_i},s∈{1,2,…,r_j}

S38，最后得代分布式模糊状态反馈控制器的参数计算如下：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括搭建DSPACE的仿真测试平台。