一种MMC-DCDC变换器电压无源滑模控制方法

    技术2026-01-19  4


    本发明涉及风电变换器控制,尤其涉及一种mmc-dc/dc变换器电压无源滑模控制方法。


    背景技术:

    1、为了充分挖掘海上风力资源并增强风电场的经济规模,海上风电场正逐步向着更远的离岸距离发展,风电机组容量的不断提升,对风力发电和输电设备的性能要求也相应提高。对于海上风电系统来说,其组成错综复杂,包含多个环节与大量设备,且需要适应多种工况,因此,探索其功率稳定控制方法对于系统安全运行至关重要。

    2、对于海上风电直流组网系统,直流电压的稳定性作为衡量直流系统稳定性的关键指标,而输入风电场的风速发生变化时会导致直流电压发生较大波动,对系统功率稳定造成不利影响。汇聚dc/dc变换器作为系统的核心,起着能量传输承上启下的作用,其需要保证汇聚直流母线电压即中压直流电压稳定。


    技术实现思路

    1、技术目的:针对现有技术中的问题,本发明公开了一种mmc-dc/dc变换器电压无源滑模控制方法,以提高海上风电直流汇聚用mmc-dc/dc变换器电压稳定性。

    2、技术方案:为实现上述技术目的,本发明公开了以下技术方案。

    3、一种mmc-dc/dc变换器电压无源滑模控制方法,包括以下步骤:

    4、步骤s1、基于欧拉-拉格朗日方程构建出mmc-dc/dc变换器的数学模型;

    5、步骤s2、定义误差状态变量,采用阻尼注入方式加快系统能量的耗散速度,选取储存函数和耗散项,得到mmc-dc/dc的内环无源控制模型;

    6、步骤s3、根据滑模控制策略,选取dq轴内环电流与参考量差值为滑模面,设计饱和函数趋近率,并将滑模面及趋近率应用于mmc-dc/dc变换器内环控制模型,得到mmc-dc/dc变换器内环无源滑模控制模型;

    7、步骤s4、引入滑模面参数对滑模趋近率饱和函数边界层影响,自适应调整滑模面参数。

    8、优选地,步骤s1中mmc-dc/dc变换器的数学模型的公式表达为:

    9、

    10、其中,

    11、

    12、式中,u、x为输入向量;j为反对称的互联矩阵;r为耗散矩阵;m为储能矩阵;l为等效电感;ix1_d、ix1_q为mmc-dc/dc变换器交流一次侧电流d、q值;ux1_d、ux1_q为mmc-dc/dc变换器交流一次侧电压d、q值;udiffd、udiffq为mmc-dc/dc变换器上下桥臂电压差值的d、q值,ω为交流量角频率。

    13、优选地,步骤s2中mmc-dc/dc的内环无源控制模型的表达式为:

    14、

    15、式中,ux1_d、ux1_q为mmc-dc/dc变换器交流一次侧电压d、q值;udiffd、udiffq为mmc-dc/dc变换器上下桥臂电压差值的d、q值,l为等效电感;ix1_d、ix1_q为mmc-dc/dc变换器交流一次侧电流d、q值;r为耗散矩阵;为mmc-dc/dc变换器交流一次侧电流d、q参考值,ω为交流量角频率,l为等效电感,rz1为正定矩阵,为mmc-dc/dc变换器交流一次侧电流d、q参考值。

    16、优选地,步骤s3中滑模面公式为:

    17、

    18、

    19、式中,λ1、λ2为增益系数,为mmc-dc/dc变换器交流一次侧电流d、q参考值;ix1_d、ix1_q为mmc-dc/dc变换器交流一次侧电流d、q值,为mmc-dc/dc变换器交流一次侧电流d、q参考值;r为耗散矩阵,l为等效电感,ra1为d轴注入阻尼正定矩阵,ra2为q轴注入阻尼正定矩阵,k1、k2为正实数,δ为边界厚度。

    20、优选地,步骤s3中mmc-dc/dc变换器内环无源滑模控制模型为:

    21、

    22、其中,为mmc-dc/dc变换器上下桥臂电压差值的d、q参考值,ux1_d、ux1_q为mmc-dc/dc变换器交流一次侧电压d、q值,ω为交流量角频率。

    23、优选地,步骤s4中对饱和函数进行边界厚度δ公式为:

    24、

    25、式中,σ1、σ2、ξ为大于0的常数。

    26、有益效果:本发明对mmc-dc/dc变换器的内环设计了无源滑模控制结构,使其能够在系统参数变化时保证直流汇聚mmc-dc/dc变换器稳定运行。



    技术特征:

    1.一种mmc-dc/dc变换器电压无源滑模控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

    2.根据权利要求1所述的一种mmc-dc/dc变换器电压无源滑模控制方法,其特征在于:步骤s1中mmc-dc/dc变换器的数学模型的公式表达为:

    3.根据权利要求1所述的一种mmc-dc/dc变换器电压无源滑模控制方法,其特征在于:步骤s2中mmc-dc/dc的内环无源控制模型的表达式为:

    4.根据权利要求1所述的一种mmc-dc/dc变换器电压无源滑模控制方法,其特征在于:步骤s3中滑模面公式为:

    5.根据权利要求4所述的一种mmc-dc/dc变换器电压无源滑模控制方法,其特征在于:步骤s3中mmc-dc/dc变换器内环无源滑模控制模型为:

    6.根据权利要求1所述的一种mmc-dc/dc变换器电压无源滑模控制方法,其特征在于:步骤s4中对饱和函数进行边界厚度δ公式为:


    技术总结
    本发明公开了一种MMC‑DC/DC变换器电压无源滑模控制方法,包括:基于欧拉‑拉格朗日方程构建出MMC‑DC/DC变换器的数学模型;定义误差状态变量,采用阻尼注入方式加快系统能量的耗散速度,选取储存函数和耗散项,得到MMC‑DC/DC的内环无源控制模型;根据滑模控制策略,选取dq轴内环电流与参考量差值为滑模面,设计饱和函数趋近率,并将滑模面及趋近率应用于MMC‑DC/DC变换器内环控制模型,得到MMC‑DC/DC变换器内环无源滑模控制模型;引入滑模面参数对滑模趋近率饱和函数边界层影响,自适应调整滑模面参数,使其能够在系统参数变化时保证MMC‑DC/DC变换器稳定运行。

    技术研发人员:张亮,周宇翔,李强,任必兴,水恒华,蔡晖,陈国栋,侯凯,过亮,杨波,李荣,张正超
    受保护的技术使用者:南京工程学院
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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