变风速下永磁同步发电机无源线性反馈控制设计

doi:10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.008

电力建设 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (5): 66-74.doi: 10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.008

• 新一代人工智能在配网规划和运行中的应用 ·栏目主持余涛教授、张孝顺副教授、杨博副教授· • 上一篇下一篇

变风速下永磁同步发电机无源线性反馈控制设计

杨蕾1，李胜男1，黄伟2，张丹2，马红升1，许守东1，杨博3

1.云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明市 650200；2.云南电网有限责任公司电力调度控制中心，昆明市 650051；3.昆明理工大学电力工程学院，昆明市 650500

出版日期:2020-05-01
作者简介:杨蕾(1986)，女，硕士，工程师，研究方向为电力系统稳定分析与控制、继电保护等；李胜男(1971)，女，高级工程师，云南电网有限责任公司电力科学研究院副总工程师兼系统所所长，研究方向为电力系统继电保护、机网协调等；黄伟(1979)，博士，研究方向为电力系统运行与分析；张丹(1980)，男，硕士，高级工程师，研究方向为电力系统稳定分析与控制；马红升(1975)，男，硕士，高级工程师，研究方向为继电保护与电力系统稳定分析；许守东(1979)，男，硕士，高级工程师，研究方向为电力系统继电保护及控制；杨博(1988)，男，博士，副教授，通信作者，主要研究方向为电力系统非线性自适应控制、新能源发电系统。
基金资助:
国家自然科学基金项目(61963020，51777078); 多直流与高比例新能源的云南电网稳控拓展技术研究与闭环仿真平台(KJDK2018210)

Passivity-Based Linear Feedback Control Design for Permanent Magnet Synchronous Generator under Time-Varying Wind Speed

YANG Lei1，LI Shengnan1，HUANG Wei2，ZHANG Dan2，MA Hongsheng1，XU Shoudong1，YANG Bo3

1. Electric Power Research Institute， Yunnan Power Grid Co.， Ltd.， Kunming 650200， China; 2.Power Dispatching Control Center， Yunnan Power Grid Co.， Ltd.， Kunming 650051， China; 3. Faculty of Electric Power Engineering， Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500， China

Online:2020-05-01
Supported by:
This work is supported by National Natural Science Foundation of China(No. 61963020，No. 51777078)，Yunnan Power Grid Stability Control Technology Research and Closed Loop Simulation Platform with Multiple DC and High Proportion of New Energy (No.KJDK2018210).

摘要/Abstract

摘要： 为了实现永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator， PMSG)的最大功率跟踪(maximum power point tracking， MPPT)，文章设计了一款无源线性反馈控制(passivity-based linear feedback control， PBLFC)。首先，基于无源控制理论构建能量函数，通过详细分析系统各项的物理意义，保留有益系统的非线性项以改善其暂态响应特性。其次，引入线性反馈控制作为额外输入，通过能量重塑使得能量函数中的能量得以快速耗散，进而使PMSG能在快速时变风速下有效实现MPPT。此外，对闭环系统稳定性进行了深入分析，验证了闭环系统的稳定性。最后，进行了4个算例研究，即阶跃风速、随机风速、电网电压跌落和参数不确定。仿真结果表明，与矢量控制（vector control，VC）、反馈线性化控制(feedback linearization control， FLC)相比，PBLFC在各种工况下均能快速稳定地捕获最大风能，且其故障穿越(fault ride-through， FRT)和鲁棒性得到明显改善。

关键词: 永磁同步发电机, 最大功率跟踪, 故障穿越, 能量函数, 无源线性反馈控制

Abstract: This paper designs a passivity-based linear feedback control (PBLFC) for permanent magnetic synchronous generator (PMSG) for maximum power point tracking (MPPT). First， a storage function is built on the basis of passivity theory while the beneficial nonlinearities are remained for the purpose of improving the transient responses by analyzing the physical meaning of each term. Then， the linear feedback control is employed as an additional input， upon which the energy in storage function is quickly dissipated by energy reshaping， so that PMSG can effectively realize MPPT under the fast time-varying wind speed. In addition， the closed-loop system stability is thoroughly analyzed to verify its stability. Simulations of four cases are carried out， including step change of wind speed， stochastic wind speed， voltage drop and parameter uncertainties. Simulation results demonstrate that PBLFC can extract the optimal wind power and improve the ability of fault ride-through (FRT) and robustness in various operation conditions compared to that of vector control (VC) and feedback linearization control (FLC).

Key words: permanent magnetic synchronous generator, maximum power point tracking, fault ride-through, storage function, passivity-based linear feedback control

中图分类号:

TM 73

杨蕾，李胜男，黄伟，张丹，马红升，许守东，杨博. 变风速下永磁同步发电机无源线性反馈控制设计[J]. 电力建设, 2020, 41(5): 66-74.

YANG Lei1，LI Shengnan，HUANG Wei，ZHANG Dan，MA Hongsheng，XU Shoudong，YANG Bo. Passivity-Based Linear Feedback Control Design for Permanent Magnet Synchronous Generator under Time-Varying Wind Speed[J]. Electric Power Construction, 2020, 41(5): 66-74.

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Passivity-Based Linear Feedback Control Design for Permanent Magnet Synchronous Generator under Time-Varying Wind Speed

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