基于TS模糊控制的双馈风力发电机低电压穿越技术研究

1、基于TS模糊控制的双馈风力发电机低电压穿越技术研究目录研 究 背 景PI控制模糊控制本文模糊运用1234仿真分析5小结6.研究背景1在风力发电发展如此迅猛的情在风力发电发展如此迅猛的情况下，对电网平稳安全运行也况下，对电网平稳安全运行也带来了新的挑战。带来了新的挑战。260万千瓦400万千瓦1300万千瓦3000万千瓦突破9000万千瓦20062008201020072013近年来世界各国掀起了风电设施建造近年来世界各国掀起了风电设施建造热潮，而中国风电装机容量呈爆炸式热潮，而中国风电装机容量呈爆炸式的增长现象。的增长现象。课题的提出 电压跌落电压跌落是最常见的电网故障之一，对于双馈电机，当电

2、网电压降低到一定值时，风力发电机组便会自动脱网。因此，需采用低电压穿越技术低电压穿越技术。.研究背景1.研究背景1风力发电中的低电压穿越定义是：当电网出现故障导致电压跌落时，要求风力发电系统不脱网，能够与电网保持连接，发电机组继续维持运行，同时甚至可以向电网提供无功功率，以帮助系统恢复电压。硬件设备保护A采用新的控制策略B.PI控制器2转子侧变流器网侧变流器双馈风力发电机基本结构图：.PI控制器2双馈感应风力发电机(DFIG )拥有较小的变流器容量其可承受过电流和过电压水平有限如何限制转子侧过电流和直流母线过电压。关键关键使得使得)(*dqdciU)(dqdciU)(te依赖于系统模型参数，不

3、能随被控对象参数改变而改变01当系统呈现强非线性时，无法保证系统获得满意性能02适用于低阶系统，高阶系统应用较少03.PI控制器2传统PI控制器的一些缺点：.模糊控制3模糊控制把控制对象作为“黑箱”，先把人对“黑箱”的操作经验用语言表述成控制规则，让机器根据这些规则模仿人进行操作来实现自动控制。与传统控制的最大不同在于，不需要知道控制对象的数学模型，而需要积累对设备进行控制的操作或数据。.模糊控制3123模糊集合是一种不确定的集合，如集合A表示，“是年轻人”的一个集合。隶属度隶属度属于模糊集合的程度。如张三30岁属于“大约是年轻人”的程度为0.9。模糊规则If (x is A) AND (z

4、is C) Then y is B.模糊控制3控制规则的形式是规则的前件和后件都是用模糊变量来描述的，特点是直接利用专家的经验，但难于进行分析和计算。1985年日本学者Takagi(高木) 和Sugeno(关野)首先提出了T-S模糊模型。特点是规则后件是线性函数，可用于逼近任何非线性函数。T-S型Mamdani型If (x is A) AND (z is C) Then y is BIf (x is A) AND (z is C) Then y=ax+bz+c.模糊控制3第i条规则如下：采用单点模糊化、乘积推理、中心平均反模糊化方法，计算系统输出：隶属度计算前件匹配度乘积推理中心平均反模糊化前

5、件变量模糊集合后件参数)(jAxijnjjAixij1)(iiyRiiRiiiyxf11)(.模糊控制3输入变量的隶属函数难以确定。通常采用的有三角形、梯形和高斯型隶属度函数。输出函数中的后件参数均为常数，取值是根据系统的大量输入输出测试数据，经过辨识确定的。相当于前面由操作经验得出的模糊规则。在控制器设计的时候，为了达到满意的控制效果需要按照设计步骤，耐心的调试才可能达到较好的控制效果。.本文应用4由于高阶数的 TS 模型要设定的参数很多，增加了复杂性，性能相比低阶模型却提高不大，故很少使用。定义两个输入模糊集合P和N，分别表示正和负的集合。其隶属度函数如下：iiiiiiiiiiiPLxLx

6、LLLxLxx, 1,2, 0)(iiiiiiiiiiiNLxLxLLLxLxx, 0,2, 1)(式中，i=1,2； 是第 k 采样时刻模糊控制器的输入， 为参考值与比较值之差，即 或 为比较值之差的积分，即ix)(1kxIIkekxref)()(1dcdcrefVVkx)(1)(2kx)()(2kekx上述隶属度函数可用图形表示： L对控制性能影响很大，是控制器设计的关键之一。隶属度函数的设置基于发电机组有功或直流母线电压的实际值与参考值之间的差值及其积分，具体的设置方法是：每次运行仿真后观察 PI 控制器，记录并比较 PI 控制器输入的差值及其积分值的最大值，反复试验后，就可以得到较适当

7、的隶属度函数。.本文应用4R1:若 和 都为正(P)，则)(1nx)(2nx)()()(3221111anxanxaknuR2:若 为正(P)，并且 为负(N)，则)(1nx)(2nx)()(122nuknuR3:若 为负(N)，并且 为正(P)，则)(1nx)(2nx)()(133nuknuR1:若 和 都为负(N)，则)(1nx)(2nx)()(144nuknu.本文应用441)()(41)()(2121)()(jjxjxjjjxjxnuny只要合理选择控制参数，就能提高系统的低电压穿越能力。.本文应用4模糊控制器 上图为T-S模糊PI控制器原理图，其中ref代表的是参考值，PI是原有的P

8、I控制器，Plant是受控对象。.仿真分析5发电机发出的有功波动直流母线电压波动50%电压跌落有功控制器参数选取：a1=0.8a2=1.3a3=0k1=2.4k2=2k3=1.2k4=0.4直流母线电压参数选取：a1=0.5a2=1.4a3=0k1=1k2=0.6k3=4.5k4=4.6.仿真分析5发电机发出的有功波动直流母线电压波动85%电压跌落 本文讨论了 TS 模糊控制系统，为提高双馈感应风力发电机组的低电压穿越能力，设计了简化控制规则的 TS模糊 PI 控制器，并进行了相应的低电压穿越仿真。从仿真结果可知，相比传统 PI 控制器，TS 模糊 PI 控制器改善了电网电压跌落时发电机组有功功率和变流器直流母线电压振荡过程，这样不仅减小了发电机组和变流器的压力，保护了设备，而且增强了系统应对低电压故障的能力。. 仿真分析51、得出的结论: 当电网电压跌落时，双馈感应发电机组会发生强烈的电磁和机械振荡，不采取有效措施将会损坏电网。 相比传统的PIPI控制器，TSTS模糊PIPI控制器可以有效的改善电网电压跌落时发电机组有功功