本发明涉及控制器设计，具体为一种基于吸引域的变流器控制器设计方法及系统。
背景技术：
1、随着电力系统的快速发展，电力系统规模不断升级。停电造成的破坏和经济损失也在不断增加。因此，电力系统的稳定性变得越来越重要。由于电力系统中电力电子变换器固有的非线性特性，保证其安全稳定运行是一个难题。传统上，电力电子变换器的稳定性是通过小信号分析工具来研究的。在工作点附近进行小信号线性化，使非线性系统转化为小信号线性模型。在许多情况下，利用经典的线性控制理论并采用安全裕度，可以很容易地设计出稳压器，以实现稳定运行和良好的系统整体性能。然而，用这种类型分析方法得到的结果只在局部有效。然而，小信号分析方法不适用于大信号稳定性分析。吸引域的优点在于，该方法可以定量、直观地描述系统所能承受的大扰动的大小。控制参数和端口变量对系统稳定性的影响可通过吸引域的变化来直观体现，因此吸引域除了用于分析系统参数和变量对系统稳定性的影响，还可以用于设计控制器。
2、本发明首先利用小信号稳定性分析方法找到控制器参数的范围值，其次利用吸引域找到控制器参数的最优解，最大限度的满足系统稳定性问题。
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
2、因此，为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于吸引域的变流器控制器设计方法，包括：采用开关周期平均方法处理电力系统时变性，并通过小信号线性化处理对电力系统进行非线性分析；
3、基于bode图和电力系统开环传递函数分析电力系统的小信号稳定性，根据所述小信号稳定性确定控制器参数的初步范围；
4、建立ts模糊模型并分析电力系统的大信号稳定性，获得线性矩阵不等式，并判断电力系统是否稳定，根据所述线性矩阵不等式确定对应吸引域；
5、对吸引域进行分析，得到吸引域的分析结果，根据所述吸引域的分析结果确定最终控制器参数，完成对控制器的设计并输出设计结果。
6、作为本发明所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法的一种优选方案，其中：所述处理电力系统时变性包括，
7、采用压源变流器状态方程并忽略开关频率附近的高频谐波分量，得到电压源型整流器在dq坐标系下的平均模型；
8、对所述平均模型进行小信号线性化处理，得到电压源型整流器小信号模型；
9、所述电压源型整流器小信号模型包括，
10、将电压源变流器状态方程通过开关周期平均计算，计算公式如下：
11、
12、其中，id和iq表示变流器电感电流的d轴和q轴分量，ud和uq表示电网电压的d轴和q轴分量，sd和sq表示变流器开关信号的d轴和q轴分量，l和rre表示变流器交流侧波电感和等效电阻，vdc表示直流侧输出电压，ts表示ts模糊模型，ω表示dq坐标轴的旋速度。
13、作为本发明所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法的一种优选方案，其中：所述确定控制器参数的初步范围包括，
14、引入扰动工作点信息，并构建相应的bode图；
15、分析电力系统开环传递函数的幅频图和相频图并判断系统的稳定性，得到满足电力系统小信号稳定状态的控制器参数范围；
16、所述系统开环传递函数包括，
17、在d轴分量中加入小扰动进行线性化处理后，d轴分量的小信号模型以及控制器模型为：
18、
19、其中，^表示状态量的扰动分量，表示电流参考值的扰动分量，vcr表示载波幅值，vdc表示直流侧输出电压，kip、kii分别表示电流内环pi控制器的比例系数和积分系数，s表示微分因子，由经过拉普拉斯变换得到；
20、当载波幅值等于直流侧输出电压时，联立(2)、(3)并忽略直流侧输出电压扰动分量的影响，得到电流内环的d轴的开环传递函数和闭环传递函数，具体计算公式如下：
21、
22、其中，gi(s)是电流内环的d轴的开环传递函数，ti(s)是电流内环的d轴的和闭环传递函数。
23、作为本发明所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法的一种优选方案，其中：所述确定控制器参数的初步范围步骤包括，
24、对于电压外环，三相vsr的输入功率和输出功率的关系以及直流滤波电容器的微分方程具体计算公式如下：
25、
26、其中，vdc、idc分别表示直流电压和变流器输出直流电流，c表示直流电容，rl表示负载，j表示虚数符号，jωl表示电感l的阻抗；
27、联立公式(6)、(7)并加入小扰动线性化后，小信号模型计算公式如下：
28、
29、其中，ud表示d轴电压稳态量，id表示d轴电流稳态量；
30、当电压外环采用pi控制器时，控制器的输出是电流内环输入的参考值，通过线性化后的电压外环控制方程的小信号模型方程如下：
31、
32、其中，kvp、kvi分别为电压外环pi控制器的比例系数和积分系数，为电压外环控制方程；
33、当忽略d轴电压稳态扰动量的影响时，联立公式(6)、(7)和(9)获得电压外环的闭环传递函数和开环传递函数，具体计算公式如下
34、
35、其中，tv(s)是电压外环的闭环传递函数，gv(s)是电压外环的开环传递函数；
36、根据控制的电压外环和电压内环的传递函数采用bode法分析稳定性并得出控制器参数范围。
37、作为本发明所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法的一种优选方案，其中：所述建立ts模糊模型步骤包括，
38、通过坐标变换将电压源型整流器在dq坐标系下的平均模型的平衡点移动至原点处；
39、根据电力系统的非线性环节，将状态空间分割成若干模糊子空间；
40、建立模糊子空间内非线性电力系统的局部线性模型，整理形成“if-then”形式的模糊规则，构成模糊规则库；
41、建立隶属函数对每个局部线性的权函数并进行赋值，构成原非线性电力系统的全局ts模糊模型。
42、作为本发明所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法的一种优选方案，其中：所述确定对应吸引域步骤包括，
43、根据全局ts模糊模型求取系统的lyapunov函数，进行大信号稳定性分析；
44、采用线性矩阵不等式将原非线性系统的稳定性问题转化为线性矩阵不等式是否可行的问题，确定出满足的矩阵m；
45、由于小信号分析法无法描述系统大信号性能，基于小信号分析法得出的控制器参数无法全部满足系统大信号稳定性；
46、通过构建系统的全局ts模糊模型，并通过线性矩阵不等式分析系统大信号稳定性；
47、若线性矩阵不等式可行，则获得相应的常数正定对称矩阵m，并获得此时的lyaponov函数，具体计算公式如下：
48、v(x)＝xtmx (12)
49、其中，v(x)表示lyaponov函数，x表示决策状态变量，t表示时刻；
50、根据一组决策状态变量的极值，得到相应的lyaponov函数的极限取值vmin(xmin)；
51、根据lyaponov函数的极限取值vmin(xmin)获得平衡点的吸引域，具体为：
52、ω＝{x|v(x)≤vmin(xmin)，vmin(xmin)>0}(13)
53、其中，ω表示吸引域。
54、作为本发明所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法的一种优选方案，其中：所述确定最终控制器参数包括，
55、分析吸引域的大小、形状并调整控制器参数；
56、根据吸引域满足的控制器参数需求，确定控制器参数，具体包括，
57、基于已完成吸引域对控制器进行设计，在现有参数范围内，随机选取一组参数作为参考值，改变其中一个参数的值，判断选取参数对已完成吸引域的影响；
58、随着kip的变化，吸引域的大小随着kip值的增加而增加，在第一阈值之后，在x2轴方向上吸引域的大小开始减小，在x1轴方向上吸引域的大小依旧增加，初步确定最佳kip值；
59、在kii确定值范围内，增加kii值对吸引域的影响并不明显；
60、在kvp确定值范围内，增加kvp值，在x2方向上吸引域的大小增大，而在x1方向上吸引域的大小减小，根据实际运行条件下x1和x2方向上可能出现的扰动的大小进行kvp值选择；
61、在kvi的确定值范围内，增加kvi值，吸引域的大小减小，初步确定最佳kvi值；
62、在多个工作点重复多组参数分析，取中间值作为控制器参数有效备选；
63、从现有范围内的控制器参数有效备选中选择一组满足大信号稳定性设计要求的控制参数，输出控制器设计结果。
64、本发明的另外一个目的是提供一种基于吸引域的变流器控制器设计系统，为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于吸引域的变流器控制器设计系统，包括：小信号线性化模块、稳定性分析模块、ts模糊模型建立模块、控制器参数确定模块；
65、所述小信号线性化模块用于采用开关周期平均法处理电力系统时变性，对得到的平均模型进行小信号线性化，获得小信号模型；
66、所述稳定性分析模块用于基于bode图和开环传递函数分析小信号模型的稳定性和根据ts模糊模型求解lyapunov函数进行大信号稳定性分析；
67、所述ts模糊模型建立模块用于通过坐标变换将平均模型平衡点移至原点，构建全局ts模糊模型；
68、所述控制器参数确定模块用于分析吸引域大小、形状的影响因素，确定满足大信号稳定性要求的最终控制器参数，输出控制器设计结果
69、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述基于吸引域的变流器控制器设计方法的步骤。
70、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述基于吸引域的变流器控制器设计方法的步骤。
71、本发明的有益效果：本发明利用小信号分析法的简单便捷对系统的控制器进行预设计，得出满足系统小扰动下的控制器参数范围。接着建立ts模糊模型借助lmi刻画吸引域，分析控制参数对吸引域的影响，进而对小信号分析法得出的控制器参数范围进一步筛选，通过这样得出的控制器参数能尽可能的满足系统大小扰动下稳定运行的控制器需求。
1.一种基于吸引域的变流器控制器设计方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法，其特征在于：所述处理电力系统时变性包括，
3.如权利要求2所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法，其特征在于：所述确定控制器参数的初步范围包括，
4.如权利要求3所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法，其特征在于：所述确定控制器参数的初步范围步骤包括，
5.如权利要求4所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法，其特征在于：所述建立ts模糊模型步骤包括，
6.如权利要求5所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法，其特征在于：所述确定对应吸引域步骤包括，
7.如权利要求6所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法，其特征在于：所述确定最终控制器参数包括，
8.一种采用如权利要求1～7任一所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法的系统，其特征在于，包括：小信号线性化模块、稳定性分析模块、ts模糊模型建立模块、控制器参数确定模块；
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的基于吸引域的变流器控制器设计方法的步骤。
