CN109995292B - 一种双馈直流发电装置控制器 - Google Patents

一种双馈直流发电装置控制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双馈直流发电装置控制器，包括：直流电压控制单元，用于将双馈直流发电系统的直流侧电压Vdc转换为转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure DDA0002022081040000011
和q轴分量
Figure DDA0002022081040000012
接收双馈直流发电系统的三相定子电压信息、将其转换为转子电流交流给定的d轴分量
Figure DDA0002022081040000013
和q轴分量
Figure DDA0002022081040000014
信息的正弦电流给定单元；接收所述直流电压控制单元传送的转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure DDA0002022081040000015
和q轴分量
Figure DDA0002022081040000016
信息、正弦电流给定单元传送的转子电流交流给定的d轴分量
Figure DDA0002022081040000017
和q轴分量
Figure DDA0002022081040000018
信息、以及双馈直流发电系统的实际转子电流信号的转子电流控制单元，所述转子电流控制单元对接收到的信息进行处理输出控制双馈发电机运行的PWM波信号。

Description

一种双馈直流发电装置控制器
技术领域
本发明涉及双馈直流发电技术领域，尤其涉及一种双馈直流发电装置控制器。
背景技术
双馈直流发电系统作为风力发电系统的一种在新能源发电领域占据着重要地位。双馈直流发电系统能够将风能转换为稳定的电能，是一种可再生的清洁能源，因此得到了广泛的推广与应用，在国家能源结构的改革中发挥重要的作用。设计优异的双馈直流发电系统的控制器是实现稳定发电运行的重要基础与关键技术。双馈直流发电系统的首要控制目标是保证输出稳定的直流电压，且不受风速与接入负载变化的影响。
目前，在双馈直流发电控制领域，相应的控制器设计方法主要有两大类：第一类是交流电压频率不变的控制方法，即保证风速变化的情况下，发电交流电压的频率始终保持恒定。这种方法结构简单，且容易实现，是应用比较广泛的控制器设计方法。第二类是交流电压频率可变的控制方法，即交流电压频率是可控量，可以根据用户的需求进行修改，在风速变化的情况下，保证交流电压频率始终为用户设定的频率值。此类方法通常需要结合锁相环技术，实时监测交流电压频率，因此相较于第一类方法结构变的复杂，但同时可省略转速传感器，节约制造成本。
综上所述，目前对于双馈直流发电系统的控制器设计，国内外已取得了一定的研究成果。但仍存在一定的不足：第一，现有双馈直流发电控制器对直流电压的控制结果存在超调现象，且突加直流负载时，直流电压跌落较大，因此仍有一定的改进空间。第二，双馈直流发电系统的交流电流中存在大量的高频谐波，进而导致双馈电机发电运行时存在较大的转矩脉动，影响发电机的使用寿命。目前所设计的控制器中仅考虑了稳定的直流电压输出，而未将谐波电流的影响考虑在内，因此电机的转矩脉动较大，发电机并未达到最佳的运行状态，需要进一步改进。
发明内容
为解决现有双馈直流控制器存在的不足，本发明要提出一种结构简单、具有较强的谐波电流抑制能力的双馈直流发电控制器，输出稳定的直流电压，降低转矩脉动。
为了实现上述目的，本发明公开了一种双馈直流发电装置控制器，具体包括：
直流电压控制单元，用于将双馈直流发电系统的直流侧电压Vdc转换为转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure BDA0002022081020000021
和q轴分量
Figure BDA0002022081020000022
接收双馈直流发电系统的三相定子电压信息、将其转换为转子电流交流给定的d轴分量
Figure BDA0002022081020000023
和q轴分量
Figure BDA0002022081020000024
信息的正弦电流给定单元；
接收所述直流电压控制单元传送的转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure BDA0002022081020000025
和q轴分量
Figure BDA0002022081020000026
信息、正弦电流给定单元传送的转子电流交流给定的d轴分量
Figure BDA0002022081020000027
和q轴分量
Figure BDA0002022081020000028
信息、以及双馈直流发电系统的实际转子电流信号的转子电流控制单元，所述转子电流控制单元对接收到的信息进行处理输出控制双馈发电机运行的PWM波信号。
进一步的，所述直流电压控制单元至少包括：
接收双馈直流发电系统的直流电压将其转化为直流电压的实际电压值Vdc的直流电压输入单元；
输出直流电压参考电压值
Figure BDA0002022081020000029
的直流电压给定单元；
接收直流电压给定单元传送的参考电压值
Figure BDA00020220810200000210
和直流电压输入单元传送的实际电压值Vdc信息的比较单元I，所述比较单元I对接收到电压信息进行处理输出信号sdc；
接收直流电压输入单元传送的实际电压值Vdc的扩张状态观测器，所述扩张状态观测器输出zdc2信号，
接收比较单元I传送的信号sdc和扩张状态观测器传送的zdc2信号的控制率运算单元I，所述控制率运算单元I对接收到的信息进行处理输出转子基波电流给定信号的q轴分量
Figure BDA00020220810200000211
接收控制率运算单元I传送的q轴基波电流给定信号
Figure BDA00020220810200000212
的d轴电流给定单元，将其转换成转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure BDA00020220810200000213
进一步的，所述正弦电流给定单元至少包括：
采集双馈直流发电机的三相定子电压信息将其转换为定子电压信号的定子电压输入单元；
接收定子电压输入单元传送的定子电压信号的坐标变换单元I，所述坐标变换单元I将接收的信息进行处理输出定子电压的d轴分量usd和q轴分量usq；
接收坐标变换单元I传送的定子电压的d轴分量usd和q轴分量usq信息的二阶广义积分器，所述二阶广义积分器对接收到的信息进行处理输出300Hz正弦电压信号的d轴分量usd6和q轴分量usq6；
接收所述二阶广义积分器传送的300Hz正弦电压信号的d轴分量usd6和q轴分量usq6信息的正弦电流计算单元，所述正弦电流计算单元对接收到的信息进行处理输出转子电流交流给定的d轴分量
Figure BDA0002022081020000031
和q轴分量
Figure BDA0002022081020000032
进一步的，所述转子电流控制单元至少包括：
接收d轴电流给定单元传送的转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure BDA0002022081020000033
以及接收正弦电流计算单元传送的转子电流交流给定的d轴分量
Figure BDA0002022081020000034
信息的加法单元I，所述加法单元I对接收到的信息进行计算输出转子电流的给定的d轴分量
Figure BDA0002022081020000035
接收控制率运算单元I传送的转子基波电流给定信号的q轴分量
Figure BDA0002022081020000036
和正弦电流计算单元传送的转子电流交流给定的q轴分量
Figure BDA0002022081020000037
信息的加法单元II，所述加法单元II对接收到的信息进行处理获得转子电流的给定的q轴分量
Figure BDA0002022081020000038
转子电流输入单元，通过采集双馈直流发电系统的实际转子电流获得转子电流信号；
接收所述转子电流输入单元传送的转子电流信号的坐标变换单元II，所述坐标变换单元II对接收到的信息进行处理输出转子电流的d轴分量ird和q轴分量irq；
接收加法单元I传送的转子电流给定的d轴分量
Figure BDA0002022081020000039
和坐标变换单元II传送的转子电流的d轴分量ird信息的比较单元II，所述比较单元II对接收到的信息进行处理输出信号sd；
接收坐标变换单元II传送的转子电流的d轴分量ird信息的谐振扩张状态观测器I，所述谐振扩张状态观测器I对接收到的信息进行处理输出信息为状态估计zd2+yd；
接收谐振扩张状态观测器I传送的状态估计zd2+yd信息、以及比较单元II传送的sd的控制率运算单元II，所述控制率运算单元II对接收到的信息进行处理输出转子电压给定的d轴分量
Figure BDA00020220810200000310
接收加法单元II传送的转子电流给定的q轴分量
Figure BDA00020220810200000311
和坐标变换单元II传送的转子电流的q轴分量irq信息的比较单元III，所述比较单元III对接收到的信息进行处理获取输出信号sq；
接收坐标变换单元II传送的转子电流的q轴分量irq信息的谐振扩张状态观测器II，所述谐振扩张状态观测器II输出状态估计zq2+yq；
接收所述谐振扩张状态观测器II传送的状态估计zq2+yq和比较单元III传送的sq信号的控制率运算单元III，所述控制率运算单元III输出转子电压给定的q轴分量
Figure BDA0002022081020000041
接收控制率运算单元II传送的转子电压给定的d轴分量
Figure BDA0002022081020000042
和控制率运算单元III传送的转子电压给定的q轴分量
Figure BDA0002022081020000043
的PWM波发生单元，所述PWM波发生单元对接收到的信息进行处理将其转换为PWM波的形式输出。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种双馈直流发电装置控制器，与现有针对双馈直流发电系统的控制方法相比，本发明设计的双馈直流发电系统的控制器，在直流电压变化和直流负载变化的情况下，直流电压调节时间短，负载变化时直流电压波动小，具有更好的直流电压控制效果。与现有针对双馈直流发电系统的控制方法相比，本发明通过增加转子谐波电流控制环节，削弱定子电流中高频谐波的影响，进而缓解发电机的转矩脉动，减小了转矩脉动对发电机使用寿命的影响。通过在直流电压控制和转子电流控制中加入扩张状态观测器，可以根据电压信号对系统状态和不确定项进行估计，无需定子电流传感器，减小了双馈直流发电系统的设计成本，且减小了对电机参数的依赖，增强控制器的鲁棒性，因此更加有利于双馈直流发电系统在实际中的推广与应用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是双馈直流发电系统控制器结构示意图。
图2是双馈直流发电系统系统结构图。
图3是给定直流电压值变化时直流电压跟踪结果与定子电压仿真图。
图4是直流负载突变时直流电压结果跟踪结果与定子电压仿真图。
图5是现有控制器作用下dq轴电流与三相定子电流结果仿真图。
图6是设计的控制器作用下dq轴电流与三相定子电流结果仿真图。
图7是设计的控制器作用下转子电流跟踪与三相转子电流结果仿真图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1-图7所示的一种双馈直流发电装置控制器，由直流电压给定单元、直流电压输入单元、比较单元I、扩张状态观测器、控制率运算单元I、d轴电流给定单元、定子电压输入单元、坐标变换单元、二阶广义积分器、正弦电流计算单元、加法单元I、加法单元II、转子电流输入单元、比较单元II、谐振扩张状态观测器I、控制率运算单元II、比较单元III、谐振扩张状态观测器II、控制率运算单元III、PWM波发生单元和逆变器组成。所述的直流电压给定单元输出直流电压的给定电压值；直流电压给定单元的输出端与比较单元I连接；比较单元I的另一端与直流电压输入单元连接；所述的直流电压输入单元的输出端连接比较单元I和扩张状态观测器；比较单元I的输出端连接控制率运算单元I；所述的控制率运算单元I的另一端接受扩张状态观测器的状态估计信息；控制率运算单元I的输出为q轴基波电流给定信号，输出端分别与d轴电流给定单元和加法单元II连接；所述的d轴电流给定单元输出d轴基波电流给定信号，输出端连接加法单元I；定子电压输入单元的输出连接坐标变换单元；所述的坐标变换单元输出连接二阶广义积分器；二阶广义积分器输出300Hz正弦电压信号，输出端接正弦电流计算单元；所述的正弦电流计算单元输出端分别连接加法单元I和加法单元II；加法单元I的输出端连接比较单元II；所述的比较单元II的另一端连接转子电流输入单元和坐标变换单元的d轴输出；坐标变换单元的d轴输出分别连接比较单元II和谐振扩张状态观测器I；所述的比较单元II的输出连接控制率运算单元II；控制率运算单元II的另一端接谐振扩张状态观测器I的输出端；控制率运算单元II的输出为d轴转子电压给定信号；转子电流输入单元和坐标变换单元的q轴输出连接比较单元III和谐振扩张状态观测器II；所述的比较单元III的输出连接控制率运算单元III；控制率运算单元III的另一端连接谐振扩张状态段测器2的输出端；所述的控制率运算单元III的输出为q轴转子电压给定信号；控制率运算单元II和控制率运算单元III的输出端连接PWM波发生单元的输入端；所述的PWM波发生单元的输出端连接逆变器的输入端；逆变器的输出端接入双馈直流发电装置，对其运行进行控制。
所述的直流电压给定单元、直流电压输入单元、比较单元I、扩张状态观测器、控制率运算单元I和d轴电流给定单元构成直流电压控制单元，所述的定子电压输入单元、坐标变换单元I、二阶广义积分器和正弦电流计算单元构成正弦电流给定单元，所述的加法单元I、加法单元II、转子电流输入单元、坐标变换单元II、比较单元II、控制率运算单元II、谐振扩张状态观测器I、比较单元III、控制率运算单元III和谐振扩张状态观测器II构成转子电流控制单元。
一种双馈直流发电系统的控制器设计方法，所述的双馈直流发电系统满足下面的数学模型：
Figure BDA0002022081020000061
CpVdc＝idc-il (2)
usd代表定子电压的d轴分量、usq代表定子电压的q轴分量、urd代表转子电压的d轴分量、urq代表转子电压的q轴分量、isd代表定子电流的d轴分量、isq代表定子电流的q轴分量、ird代表转子电流的d轴分量、irq代表转子电流的q轴分量、ωs代表同步旋转角速度、ωsl代表转差角速度、Rs代表定子电阻、Rr代表转子电阻、Ls代表定子电感、Lm代表励磁电感、Lr代表转子电感、p代表微分运算、C代表直流侧电容值、Vdc代表直流电压值、idc代表直流电流、il代表负载电流。
所述的设计方法，包括以下步骤：
A、直流电压控制单元的设计
直流电压控制单元的输入信号为双馈直流发电系统的直流侧电压Vdc，最终得到转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure BDA0002022081020000062
和q轴分量
Figure BDA0002022081020000063
作为转子电流控制单元的输入参考信号，具体经过以下几个步骤：
A1、直流电压给定单元的设计
直流电压给定单元的输出为直流电压的参考电压值
Figure BDA0002022081020000064
A2、直流电压输入单元的设计
直流电压输入单元的输入信号为双馈直流发电系统的直流电压，输出为直流电压的实际电压值Vdc。
A3、比较单元I的设计
比较单元I的输入信号为直流电压给定单元输出的参考电压值
Figure BDA0002022081020000065
和直流电压输入单元的实际电压值Vdc，通过下式：
Figure BDA0002022081020000066
得到比较单元I的输出信号sdc。
A4、扩张状态观测器的设计
扩张状态观测器的输入信号是直流电压输入单元的实际电压值Vdc，设计的扩张状态观测器用下式表示：
Figure BDA0002022081020000071
其中，zdc1和zdc2分别为直流电压Vdc和状态xdc的估计值；状态xdc的实际值表示如下：
Figure BDA0002022081020000072
bdc、β1、β2为扩张状态观测器参数。
A5、控制率运算单元I的设计
控制率运算单元I的输入信号为比较单元I的sdc和扩张状态观测器的zdc2，通过下式：
Figure BDA0002022081020000073
其中，adc、ddc为直流电压控制率参数；
得到转子基波电流给定信号的q轴分量
Figure BDA0002022081020000074
A6、d轴电流给定单元的设计
d轴电流给定单元的输入信号为控制率运算单元I的q轴基波电流给定信号
Figure BDA0002022081020000075
通过下式：
Figure BDA0002022081020000076
得到转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure BDA0002022081020000077
B、正弦电流给定单元的设计
正弦电流给定单元的输入信号为双馈直流发电系统的三相定子电压，最终得到转子电流交流给定的d轴分量
Figure BDA0002022081020000078
和q轴分量
Figure BDA0002022081020000079
作为转子电流控制单元的输入信号，具体经过以下几个步骤：
B1、定子电压输入单元的设计
定子电压输入单元通过采集双馈直流发电机的三相定子电压，输出为定子电压信号。
B2、坐标变换单元I的设计
坐标变换单元I的输入信号为定子电压输入单元输出的定子电压信号，通过下式：
Figure BDA0002022081020000081
其中，usabc表示定子电压信号；θ表示定子电压矢量角；
得到定子电压的d轴分量usd和q轴分量usq。
B3、二阶广义积分器的设计
二阶广义积分器的输入信号为坐标变换单元I输出的定子电压d轴分量usd和q轴分量usq，通过下式：
Figure BDA0002022081020000082
其中，ω0表示截止角频率；ωs表示同步角频率；
得到300Hz正弦电压信号的d轴分量usd6和q轴分量usq6。
B4、正弦电流计算单元的设计
正弦电流计算单元的输入信号为二阶广义积分器输出的300Hz正弦电压信号的d轴分量usd6和q轴分量usq6，通过下式：
Figure BDA0002022081020000083
得到转子电流交流给定的d轴分量
Figure BDA0002022081020000084
和q轴分量
Figure BDA0002022081020000085
C、转子电流控制单元
转子电流控制单元的输入为直流电压控制单元输出的转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure BDA0002022081020000086
和q轴分量
Figure BDA0002022081020000087
正弦电流给定单元输出的转子电流交流给定的d轴分量
Figure BDA0002022081020000088
和q轴分量
Figure BDA0002022081020000089
双馈直流发电系统的实际转子电流信号，最终得到控制双馈发电机运行的PWM波信号。具体经过以下几个步骤：
C1、加法单元I的设计
加法单元I的输入信号为转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure BDA00020220810200000810
和转子电流交流给定的d轴分量
Figure BDA00020220810200000811
通过下式：
Figure BDA00020220810200000812
得到转子电流的给定的d轴分量
Figure BDA0002022081020000091
C2、加法单元II的设计
加法单元II的输入信号为转子基波电流给定信号的q轴分量
Figure BDA0002022081020000092
和转子电流交流给定的q轴分量
Figure BDA0002022081020000093
通过下式：
Figure BDA0002022081020000094
得到转子电流的给定的q轴分量
Figure BDA0002022081020000095
C3、转子电流输入单元的设计
转子电流输入单元通过采集双馈直流发电系统的实际转子电流，输出数字的转子电流信号。
C4、坐标变换单元II的设计
坐标变换单元II的输入信号为转子电流输入单元输出的转子电流信号，通过下式：
Figure BDA0002022081020000096
得到转子电流的d轴分量ird和q轴分量irq。
C5、比较单元II的设计
比较单元II的输入信号为加法单元I输出的转子电流给定的d轴分量
Figure BDA0002022081020000097
和坐标变换单元II输出的转子电流的d轴分量ird，通过下式：
Figure BDA0002022081020000098
得到比较单元II的输出信号sd。
C6、谐振扩张状态观测器I的设计
谐振扩张状态观测器的输入信号为坐标变换单元II输出的转子电流的d轴分量ird，设计的谐振扩张状态观测器用下式表示：
Figure BDA0002022081020000099
其中，zd1、zd2、yd分别为转子电流d轴分量ird、直流状态fd1、交流状态fd6的估计值，状态fd1和fd6的实际值可表示为：
Figure BDA0002022081020000101
Figure BDA0002022081020000102
bd、βd1、βd2、kd为谐振扩张状态观测器I的参数。
C7、控制率运算单元II的设计
控制率运算单元II的输入为比较单元II输出的sd和谐振扩张状态观测器I输出的状态估计zd2+yd，通过下式：
Figure BDA0002022081020000103
其中，ad和bd为控制率参数；
得到转子电压给定的d轴分量
Figure BDA0002022081020000104
C8、比较单元III的设计
比较单元III的输入信号为加法单元II输出的转子电流给定的q轴分量
Figure BDA0002022081020000105
和坐标变换单元II输出的转子电流的q轴分量irq，通过下式：
Figure BDA0002022081020000106
得到比较单元III的输出信号sq。
C9、谐振扩张状态观测器II的设计
谐振扩张状态观测器的输入信号为坐标变换单元II输出的转子电流的q轴分量irq，设计的谐振扩张状态观测器用下式表示：
Figure BDA0002022081020000107
其中，zq1、zq2、yq分别为转子电流q轴分量irq、直流状态fq1、交流状态fq6的估计值，状态fq1和fq6的实际值可表示为：
Figure BDA0002022081020000108
Figure BDA0002022081020000109
bq、βq1、βq2、kq为谐振扩张状态观测器II的参数。
C10、控制率运算单元III的设计
控制率运算单元III的输入为比较单元III输出的sq和谐振扩张状态观测器II输出的状态估计zq2+yq，通过下式：
Figure BDA0002022081020000111
其中，aq和bq为控制率参数；
得到转子电压给定的q轴分量
Figure BDA0002022081020000112
C11、PWM波发生单元的设计
PWM波发生单元的输入信号为控制率运算单元II输出的转子电压给定的d轴分量
Figure BDA0002022081020000113
和控制率运算单元III输出的转子电压给定的q轴分量
Figure BDA0002022081020000114
将其转换为PWM波的形式输出。
实施例：如图1所示，发电系统模型如式(1)所示，具体的模型参数为：Rs＝1.37Ω，Ls＝0.1625H，Rr＝1.65Ω，Lr＝0.1635H，Lm＝0.1592H，C＝1100uF。
仿真实验中采用的控制器参数分别为：adc＝0.8，ddc＝0.1，β1＝1600，β2＝1600，bdc＝1000,ad＝aq＝40,bd＝bq＝0.8,βd1＝βq1＝1200,βd2＝βq2＝1600,bd＝bq＝133,kd＝kq＝18600,ω0＝40。在直流负载电阻分别为200Ω和66Ω两种情况下验证控制器的有效性。
仿真结果如图3-7所示。图3为直流电压给定突变时实际直流电压的跟踪效果图，图4为直流负载突变时直流电压跟踪给定电压的效果图，可以看出直流电压能够较快地跟踪给定电压，受负载突变的影响较小，图5为现有控制方法作用下的双馈直流发电系统定子电流波形与其dq轴分量，图6为设计的控制方法作用下的双馈直流发电系统的定子电流波形与其dq轴分量，对比两图可以看出设计的控制器作用下定子电流正弦度更高，dq轴分量的高频波动明显减小。
由仿真结果可知，所提出的双馈直流发电系统控制器能够保证输出更稳定的直流电压，同时减小了定子电流的谐波，进而减小电机转矩脉动和开关损耗，提升系统运行可靠性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种双馈直流发电装置控制器，其特征在于包括：
直流电压控制单元，用于将双馈直流发电系统的直流侧电压Vdc转换为转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure FDA0002839737940000011
和q轴分量
Figure FDA0002839737940000012
接收双馈直流发电系统的三相定子电压信息、将其转换为转子电流交流给定的d轴分量
Figure FDA0002839737940000013
和q轴分量
Figure FDA0002839737940000014
信息的正弦电流给定单元；
接收所述直流电压控制单元传送的转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure FDA0002839737940000015
和q轴分量
Figure FDA0002839737940000016
信息、正弦电流给定单元传送的转子电流交流给定的d轴分量
Figure FDA0002839737940000017
和q轴分量
Figure FDA0002839737940000018
信息、以及双馈直流发电系统的实际转子电流信号的转子电流控制单元，所述转子电流控制单元对接收到的信息进行处理输出控制双馈发电机运行的PWM波信号；
所述直流电压控制单元至少包括：
接收双馈直流发电系统的直流电压将其转化为直流侧电压Vdc的直流电压输入单元；
输出直流电压参考电压值
Figure FDA0002839737940000019
的直流电压给定单元；
接收直流电压给定单元传送的参考电压值
Figure FDA00028397379400000110
和直流电压输入单元传送的直流侧电压Vdc信息的比较单元I，所述比较单元I对接收到电压信息进行处理输出信号sdc；
接收直流电压输入单元传送的直流侧电压Vdc的扩张状态观测器，所述扩张状态观测器输出zdc2信号，
接收比较单元I传送的信号sdc和扩张状态观测器传送的zdc2信号的控制率运算单元I，所述控制率运算单元I对接收到的信息进行处理输出转子基波电流给定信号的q轴分量
Figure FDA00028397379400000111
接收控制率运算单元I传送的转子基波电流给定信号q轴分量
Figure FDA00028397379400000112
的d轴电流给定单元，将其转换成转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure FDA00028397379400000113
所述正弦电流给定单元至少包括：采集双馈直流发电机的三相定子电压信息将其转换为定子电压信号的定子电压输入单元；
接收定子电压输入单元传送的定子电压信号的坐标变换单元I，所述坐标变换单元I将接收的信息进行处理输出定子电压的d轴分量usd和q轴分量usq；
接收坐标变换单元I传送的定子电压的d轴分量usd和q轴分量usq信息的二阶广义积分器，所述二阶广义积分器对接收到的信息进行处理输出300Hz正弦电压信号的d轴分量usd6和q轴分量usq6；
接收所述二阶广义积分器传送的300Hz正弦电压信号的d轴分量usd6和q轴分量usq6信息的正弦电流计算单元，所述正弦电流计算单元对接收到的信息进行处理输出转子电流交流给定的d轴分量
Figure FDA0002839737940000021
和q轴分量
Figure FDA0002839737940000022
比较单元I的输入信号为直流电压给定单元输出的参考电压值
Figure FDA0002839737940000023
和直流电压输入单元的直流侧电压Vdc，通过下式：
Figure FDA0002839737940000024
得到比较单元I的输出信号sdc；
A4、扩张状态观测器的设计
扩张状态观测器的输入信号是直流电压输入单元的直流侧电压Vdc，设计的扩张状态观测器用下式表示：
Figure FDA0002839737940000025
其中zdc1为直流侧电压Vdc的估计值；
bdc、β1、β2为扩张状态观测器参数；
A5、控制率运算单元I的设计
控制率运算单元I的输入信号为比较单元I的sdc和扩张状态观测器的zdc2，通过下式：
Figure FDA0002839737940000026
其中，adc、ddc为直流电压控制率参数；
得到转子基波电流给定信号的q轴分量
Figure FDA0002839737940000027
A6、d轴电流给定单元的设计
d轴电流给定单元的输入信号为控制率运算单元I的转子基波电流给定信号的q轴分量
Figure FDA0002839737940000028
通过下式：
Figure FDA0002839737940000029
得到转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure FDA00028397379400000210
Rs代表定子电阻，Ls代表定子电感，Lm代表励磁电感；
B、正弦电流给定单元的设计
正弦电流给定单元的输入信号为双馈直流发电系统的三相定子电压，最终得到转子电流交流给定的d轴分量
Figure FDA0002839737940000031
和q轴分量
Figure FDA0002839737940000032
作为转子电流控制单元的输入信号，具体经过以下几个步骤：
B1、定子电压输入单元的设计
定子电压输入单元通过采集双馈直流发电机的三相定子电压，输出为定子电压信号；
B2、坐标变换单元I的设计
坐标变换单元I的输入信号为定子电压输入单元输出的定子电压信号，通过下式：
Figure FDA0002839737940000033
其中，usabc表示定子电压信号；θ表示定子电压矢量角；
得到定子电压的d轴分量usd和q轴分量usq；
B3、二阶广义积分器的设计
二阶广义积分器的输入信号为坐标变换单元I输出的定子电压d轴分量usd和q轴分量usq，通过下式：
Figure FDA0002839737940000034
其中，ω0表示截止角频率；ωs表示同步角频率；
得到300Hz正弦电压信号的d轴分量usd6和q轴分量usq6；
B4、正弦电流计算单元的设计
正弦电流计算单元的输入信号为二阶广义积分器输出的300Hz正弦电压信号的d轴分量usd6和q轴分量usq6，通过下式：
Figure FDA0002839737940000035
得到转子电流交流给定的d轴分量
Figure FDA0002839737940000036
和q轴分量
Figure FDA0002839737940000037
所述转子电流控制单元至少包括：
接收d轴电流给定单元传送的转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure FDA0002839737940000038
以及接收正弦电流计算单元传送的转子电流交流给定的d轴分量
Figure FDA0002839737940000041
信息的加法单元I，所述加法单元I对接收到的信息进行计算输出转子电流的给定的d轴分量
Figure FDA0002839737940000042
接收控制率运算单元I传送的转子基波电流给定信号的q轴分量
Figure FDA0002839737940000043
和正弦电流计算单元传送的转子电流交流给定的q轴分量
Figure FDA0002839737940000044
信息的加法单元II，所述加法单元II对接收到的信息进行处理获得转子电流的给定的q轴分量
Figure FDA0002839737940000045
转子电流输入单元，通过采集双馈直流发电系统的实际转子电流获得实际转子电流信号；
接收所述转子电流输入单元传送的实际转子电流信号的坐标变换单元II，所述坐标变换单元II对接收到的信息进行处理输出转子电流的d轴分量ird和q轴分量irq；
接收加法单元I传送的转子电流给定的d轴分量
Figure FDA0002839737940000046
和坐标变换单元II传送的转子电流的d轴分量ird信息的比较单元II，所述比较单元II对接收到的信息进行处理输出信号sd；
接收坐标变换单元II传送的转子电流的d轴分量ird信息的谐振扩张状态观测器I，所述谐振扩张状态观测器I对接收到的信息进行处理输出信息为状态估计zd2+yd；
接收谐振扩张状态观测器I传送的状态估计zd2+yd信息、以及比较单元II传送的sd的控制率运算单元II，所述控制率运算单元II对接收到的信息进行处理输出转子电压给定的d轴分量
Figure FDA0002839737940000047
接收加法单元II传送的转子电流给定的q轴分量
Figure FDA0002839737940000048
和坐标变换单元II传送的转子电流的q轴分量irq信息的比较单元III，所述比较单元III对接收到的信息进行处理获取输出信号sq；
接收坐标变换单元II传送的转子电流的q轴分量irq信息的谐振扩张状态观测器II，所述谐振扩张状态观测器II输出状态估计zq2+yq；
接收所述谐振扩张状态观测器II传送的状态估计zq2+yq和比较单元III传送的sq信号的控制率运算单元III，所述控制率运算单元III输出转子电压给定的q轴分量
Figure FDA0002839737940000049
接收控制率运算单元II传送的转子电压给定的d轴分量
Figure FDA00028397379400000410
和控制率运算单元III传送的转子电压给定的q轴分量
Figure FDA00028397379400000411
的PWM波发生单元，所述PWM波发生单元对接收到的信息进行处理将其转换为PWM波的形式输出；
C、转子电流控制单元
转子电流控制单元的输入为直流电压控制单元输出的转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure FDA0002839737940000051
和q轴分量
Figure FDA0002839737940000052
正弦电流给定单元输出的转子电流交流给定的d轴分量
Figure FDA0002839737940000053
和q轴分量
Figure FDA0002839737940000054
双馈直流发电系统的实际转子电流信号，最终得到控制双馈发电机运行的PWM波信号，具体经过以下几个步骤：
C1、加法单元I的设计
加法单元I的输入信号为转子基波电流给定信号的d轴分量
Figure FDA0002839737940000055
和转子电流交流给定的d轴分量
Figure FDA0002839737940000056
通过下式：
Figure FDA0002839737940000057
得到转子电流的给定的d轴分量
Figure FDA0002839737940000058
C2、加法单元II的设计
加法单元II的输入信号为转子基波电流给定信号的q轴分量
Figure FDA0002839737940000059
和转子电流交流给定的q轴分量
Figure FDA00028397379400000510
通过下式：
Figure FDA00028397379400000511
得到转子电流的给定的q轴分量
Figure FDA00028397379400000512
C3、转子电流输入单元的设计
转子电流输入单元通过采集双馈直流发电系统的实际转子电流，输出数字的实际转子电流信号；
C4、坐标变换单元II的设计
坐标变换单元II的输入信号为转子电流输入单元输出的实际转子电流信号，通过下式：
Figure FDA00028397379400000513
得到转子电流的d轴分量ird和q轴分量irq；
C5、比较单元II的设计
比较单元II的输入信号为加法单元I输出的转子电流给定的d轴分量
Figure FDA00028397379400000514
和坐标变换单元II输出的转子电流的d轴分量ird，通过下式：
Figure FDA00028397379400000515
得到比较单元II的输出信号sd；
C6、谐振扩张状态观测器I的设计
谐振扩张状态观测器的输入信号为坐标变换单元II输出的转子电流的d轴分量ird，设计的谐振扩张状态观测器用下式表示：
Figure FDA0002839737940000061
其中，urd代表转子电压的d轴分量，zd1为转子电流d轴分量ird的估计值，
bd、βd1、βd2、kd为谐振扩张状态观测器I的参数；
C7、控制率运算单元II的设计
控制率运算单元II的输入为比较单元II输出的sd和谐振扩张状态观测器I输出的状态估计zd2+yd，通过下式：
Figure FDA0002839737940000062
其中，ad和bd为控制率参数；
C8、比较单元III的设计
比较单元III的输入信号为加法单元II输出的转子电流给定的q轴分量
Figure FDA0002839737940000063
和坐标变换单元II输出的转子电流的q轴分量irq，通过下式：
Figure FDA0002839737940000064
得到比较单元III的输出信号sq；
C9、谐振扩张状态观测器II的设计
谐振扩张状态观测器的输入信号为坐标变换单元II输出的转子电流的q轴分量irq，设计的谐振扩张状态观测器用下式表示：
Figure FDA0002839737940000065
其中，zq1为转子电流q轴分量irq的估计值，urq代表转子电压的q轴分量；
bq、βq1、βq2、kq为谐振扩张状态观测器II的参数；
C10、控制率运算单元III的设计
控制率运算单元III的输入为比较单元III输出的sq和谐振扩张状态观测器II输出的状态估计zq2+yq，通过下式：
Figure FDA0002839737940000071
其中，aq和bq为控制率参数；
得到转子电压给定的q轴分量
Figure FDA0002839737940000072
C11、PWM波发生单元的设计
PWM波发生单元的输入信号为控制率运算单元II输出的转子电压给定的d轴分量
Figure FDA0002839737940000073
和控制率运算单元III输出的转子电压给定的q轴分量
Figure FDA0002839737940000074
将其转换为PWM波的形式输出。
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