本发明提出一种基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统，其双馈风机的输出变量选取为发电机转子转速、定子侧无功功率输出、电网侧换流器无功功率输出和背靠背换流器直流电容端电压。利用四个输出变量形成四个输出反馈控制通道，每个控制通道在一个开关控制器和一个常规矢量控制器之间切换，进而形成一个四回路切换控制器。其切换策略为：当双馈风机所在电力系统受到一个大的外部扰动时，风机的状态变量以及输出变量将偏离原来的平衡点，此时双馈风机的四个控制回路由常规矢量控制器切换为开关控制器；在开关控制器的作用下，风机的状态变量和输出变量将会回到原平衡点附近，此时风机的四个控制回路由开关控制器切换为常规矢量控制器。
基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统自动化技术领域，特别涉及一种基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统。
背景技术
[0002] 随着可再生能源的大规模发展，风电在电力系统的中所占比例越来越高，给传统电力系统的暂态稳定性控制带来了新的挑战。尤其是小概率重大故障的出现，对风力发电机的低电压穿越能力提出了更高的要求。双馈感应风力发电机在当前的风力发电中占有相当大的比重。双馈风机的传统矢量控制算法基于定子磁链或定子电压坐标系对有功和无功控制回路进行解耦，利用PI控制实现了双馈风机最大功率追踪、有功无功协调控制。传统PI控制系统的整定需要综合考虑系统响应的快速性与稳态误差，进而确定一种折中的控制参数。然而在电力系统受到大的扰动后，双馈风机偏离原来的运行点，传统的矢量控制系统无法发挥风机换流器的最大控制能量使风机以最快的速度回到原来的平衡点继续运行。因此，当电力系统中出现小概率重大故障时，传统的矢量控制系统无法保证双馈风机的稳定运行。
[0003] 为了发掘双馈风机换流器的最大控制潜力，可以尝试将双馈风机的控制系统设计成开关控制系统。传统的开关控制方法是利用极大值原理通过求解系统的哈密顿方程来得到控制规律，开关控制系统可以最大限度发挥控制系统的性能使被控系统的动态表现出时间最优性。但是，要建立一个大规模电力系统的哈密顿函数需要知道整个系统的参数已经所有状态变量，而且所得到的哈密顿函数将非常复杂。这就对求解其正则方程提出了极大的挑战。在最新的研究成果中，基于逻辑运算的开关控制方法一方面避免了传统开关控制方法依靠系统的哈密顿方程求取控制规律的问题，另一方面保持了传统开关控制方法时间最优性的优点。因此将基于逻辑运算的开关控制方法运用于双馈风机的控制中将极大的提高双馈风机在电力系统受到大扰动后的鲁棒性。同时，由于基于逻辑运算的开关控制系统的设计仅需要系统的相对阶数信息而不需要系统的精确参数，所得到的开关控制系统呈现出对系统运行条件变化的强鲁棒性。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统，该控制系统增强双馈风机在受到大扰动后维持稳定运行的能力，在电力系统暂态振荡的初期，充分发挥双馈风机换流器的潜能，使双馈风机的各输出量，即发电机转子转速、定子无功功率输出、电网侧换流器无功功率输出、换流器电容端电压，以最快的速度收敛到平衡点附近，然后通过传统矢量控制系统使系统渐近稳定于原平衡点。
[0005] 本发明的目的通过下述技术方案实现：
[0006] 一种基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统，其控制对象为双馈风机换流器，所述控制系统包括四个输入信号，分别为双馈风机转子转速偏差 双馈风机定子无功功率输出偏差 双馈风机换流器电容电压偏差双馈风机电网侧换流器无功功率输出误差 所述控制系统包
括四个输出信号，分别为双馈风机转子侧换流器q轴控制电压 双馈风机转子侧换流器d轴控制电压 双馈风机电网侧换流器d轴控制电压 和双馈风机电网侧换流器q轴控制电压 所述四个输出信号以及四个输入信号分别对应于四个反馈控制通道，[0007] 所述控制系统包括基于传统矢量控制方法的双馈风机转子转速控制回路、基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路、基于传统矢量控制方法的双馈风机定子无功功率控制回路、基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率控制回路、基于传统矢量控制方法的双馈风机换流器电容电压控制回路、基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机换流器电容电压控制回路、基于传统矢量控制方法的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路、基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路以及双馈风机转子转速控制回路切换控制单元、双馈风机定子无功功率控制回路切换单元、双馈风机换流器电容电压控制回路切换控制单元、双馈风机电网侧无功功率控制回路切换单元，其中，所述双馈风机转子转速偏差 信号经过所述基于传统矢量控制方法的双馈风机转子转速控制回路、所述基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路和所述双馈风机转子转速控制回路切换控制单元后输出所述双馈风机转子侧换流器q轴控制电压 所述双馈风机定子无功功率输出偏差 经过所述基
于传统矢量控制方法的双馈风机定子无功功率控制回路、所述基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率控制回路和所述双馈风机定子无功功率控制回路切换单元输出所述双馈风机转子侧换流器d轴控制电压 所述双馈风机换流器电容电压误差
经过所述基于传统矢量控制方法的双馈风机换流器电容电压控制回路、所
述基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机换流器电容电压控制回路和所述双馈风机换流器电容电压控制回路切换控制单元后输出所述双馈风机电网侧换流器d轴控制电压 所述双馈风机电网侧换流器输出无功功率误差 经过所述基于传统矢量控制
方法的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路、所述基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路和所述双馈风机电网侧无功功率控制回路切换单元后输出所述双馈风机电网侧换流器q轴控制电压
[0008] 进一步地，所述双馈风机转子转速控制回路切换控制单元用于控制所述基于传统矢量控制方法的双馈风机转子转速控制回路和所述基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路之间的切换动作；
[0009] 所述基于传统矢量控制方法的双馈转子转速控制回路用于在所述双馈风机转子转速控制回路切换控制单元将控制信号切换到所述基于传统矢量控制方法的双馈转子转速控制回路时根据双馈风机转子转速偏差来提供相应控制电压
[0010] 所述基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路用于在所述双馈风机转子转速控制回路切换控制单元将控制信号切换到所述基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路时根据双馈风机转子转速偏差来提供相应控制电压[0011] 所述双馈风机定子无功功率控制回路切换单元用于控制所述基于传统矢量控制方法的双馈风机定子无功功率控制回路和所述基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率控制回路之间的切换动作；
[0012] 所述基于传统矢量控制方法的双馈风机定子无功功率控制回路用于当所述双馈风机定子无功功率控制回路切换单元将控制信号切换到所述基于传统矢量控制方法的双馈风机定子无功功率控制回路时根据双馈风机定子无功功率输出误差来提供相应控制电压
[0013] 所述基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率控制回路用于当所述双馈风机定子无功功率控制回路切换单元将控制信号切换到所述基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率控制回路时根据双馈风机定子无功功率输出误差来提供相应控制电压
[0014] 所述双馈风机换流器电容电压控制回路切换控制单元用于控制所述基于传统矢量控制方法的双馈风机换流器电容电压控制回路和所述基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机换流器电容电压控制回路之间的切换动作；
[0015] 所述基于传统矢量控制方法的双馈风机换流器电容电压控制回路用于当所述双馈风机换流器电容电压控制回路切换控制单元将控制信号切换到所述基于传统矢量控制方法的双馈风机换流器电容电压控制回路时根据双馈风机换流器电容电压偏差来提供相应的控制电压
[0016] 所述基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机换流器电容电压控制回路用于当所述双馈风机换流器电容电压控制回路切换控制单元将控制信号切换到所述基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机换流器电容电压控制回路时根据双馈风机换流器电容电压偏差来提供相应的控制电压
[0017] 所述双馈风机电网侧无功功率控制回路切换单元用于控制所述基于传统矢量控制方法的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路和所述基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路之间的切换动作；
[0018] 所述基于传统矢量控制方法的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路用于当所述双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路切换单元将控制信号切换到所述基于传统矢量控制方法的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路时根据双馈风机电网侧换流器无功功率输出误差来提供相应的控制电压
[0019] 所述基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路用于当所述双馈风机电网侧无功功率控制回路切换单元将控制信号切换到基于所述一阶逻辑开关控制器的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路时根据双馈风机电网侧换流器无功功率输出误差来提供相应的控制电压
[0020] 进一步地，所述一阶逻辑开关控制器基于逻辑运算产生控制信号，其控制逻辑为：
[0021]
[0022] 其中q(t)为控制逻辑的输出， e(t)是系统输出的跟踪误差， 是跟踪误差的上边界，e是跟踪误差的下边界，qold是对应逻辑变量上一时步的逻辑值，∧为逻辑“与”运算，∨为逻辑“或”运算， 和 定义输出变量跟踪误差的误差区间即 和 定义F0内的安全距离，q
(t-)是q(t)在上一时刻的逻辑值。
[0023] 进一步地，所述二阶逻辑开关控制器基于逻辑运算产生控制信号，其控制逻辑为：
[0024]
[0025]
[0026] q(0-)＝q0∈{true,false}
[0027] 其中 和 定义输出变量一阶导数的误差区间即和 定义了F1内的安全距离， 和 是理想的e(t)在F0内增加和减小的速度，q1(t-)是q1(t)在上一时刻的逻辑值。
[0028] 进一步地，所述基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路中二阶逻辑开关控制器的控制规律为：
[0029]
[0030] 其中vqr(t)为转子侧换流器电压的q轴分量，vqr_max为转子侧换流器电压q轴分量的最大值，vqr_min为转子侧换流器电压q轴分量的最小值。
[0031] 进一步地，所述基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率控制回路中一阶逻辑开关控制器的控制规律为：
[0032]
[0033] 其中vdr(t)为转子侧换流器电压的d轴分量，vdr_max为转子侧换流器电压d轴分量的最大值，vdr_min为转子侧换流器电压d轴分量的最小值。
[0034] 进一步地，所述基于传统矢量控制方法的双馈风机换流器电容电压控制回路中一阶逻辑开关控制器的控制规律为：
[0035]
[0036] 其中vqg(t)为电网侧换流器电压的q轴分量，vqg_max为电网侧换流器电压q轴分量的最大值，vqg_min为电网侧换流器电压q轴分量的最小值。
[0037] 进一步地，所述基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机换流器电容电压控制回路中二阶逻辑开关控制器的控制规律为：
[0038]
[0039] 其中vdg(t)为电网侧换流器电压的d轴分量，vdg_max为电网侧换流器电压d轴分量的最大值，vdg_min为电网侧换流器电压d轴分量的最小值。
[0040] 进一步地，所述控制系统还包括切换励磁控制器，其切换策略为：
[0041] 假设在电力系统受到扰动后，双馈风机的输出变量的绝对值|e(t)|的振荡轨迹中的极值序列为Γ(t)＝{Γ1,Γ2,…,Γj}，其中Γs＝(s∈{1,2,…,j})为序列Γ(t)中的最大值，所述控制系统中每个回路的切换策略为：当切换条件1满足时，切换控制系统由常规矢量控制器切换为开关控制器；当切换条件2满足时，切换控制系统由开关控制器切换为常规矢量控制器，其中，
[0042] 切换条件1：
[0043] 切换条件2：其中， 和τ是
切换励磁控制器的参数。
[0044] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0045] 1、本发明充分发挥了双馈风机换流器的最大性能，在电力系统暂态振荡初期，通过开关控制系统使双馈风机的四个输出变量以最快的速度收敛到平衡点附近的某个临域内。然后切换为常规矢量控制系统，发挥常规矢量控制系统在平衡点附近的最优性，使系统渐近稳定到原平衡点。
[0046] 2、本发明中提出的开关控制系统仅包含逻辑运算，使得其输出与输入之间的相位滞后小于常规矢量控制系统，因此开关控制系统可以更快地对双馈风机的输出变量的振荡作出响应。同时开关控制系统的控制信号仅有两个值，方便了控制信号的传输。
[0047] 3、本发明在双馈风机的协调控制中的应用可以极大的提高含有大规模风电的电力系统运行的暂态稳定性。
附图说明
[0048] 图1为本发明中提出的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统的结构示意图；
[0049] 图2为本发明中提出的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统的组成框图；
[0050] 图3为本发明中提出的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统的基于传统矢量控制方法的双馈风机转子转速控制回路；
[0051] 图4为本发明中提出的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统的基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路；
[0052] 图5为本发明中提出的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统的基于传统矢量控制方法的双馈风机定子无功功率控制回路；
[0053] 图6为本发明中提出的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统的基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率开关控制回路；
[0054] 图7为本发明中提出的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统的基于传统矢量控制方法的双馈风机换流器电容电压控制回路；
[0055] 图8为本发明中提出的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统的基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机换流器电容电压开关控制回路；
[0056] 图9为本发明中提出的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统的基于传统矢量控制方法的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路；
[0057] 图10为本发明中提出的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统的基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机电网侧换流器无功功率开关控制回路；
[0058] 图11为本发明中提出的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统在外界电网发生三项接地短路故障后双馈风机的转速曲线；
[0059] 图12为本发明中提出的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统在外界电网发生三项接地短路故障后双馈风机的换流器电容电压曲线；
[0060] 图13为本发明中提出的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统在外界电网发生三项接地短路故障后双馈风机的有功功率输出曲线；
[0061] 图14为本发明中提出的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统在外界电网发生三项接地短路故障后双馈风机的无功功率曲线。
具体实施方式
[0062] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0063] 实施例
[0064] 请参见图1和图2，图1为基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统的结构示意图和组成框图。包括8个控制回路，分别是：基于传统矢量控制方法的双馈风机转子转速控制回路、基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路、基于传统矢量控制方法的双馈风机定子无功功率控制回路、基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率控制回路、基于传统矢量控制方法的双馈风机换流器电容电压控制回路、基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机换流器电容电压控制回路、基于传统矢量控制方法的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路、基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路。另外有4个切换单元，分别是：双馈风机转子转速控制回路切换控制单元、双馈风机定子无功功率控制回路切换单元、双馈风机换流器电容电压控制回路切换控制单元、双馈风机电网侧无功功率控制回路切换单元。
[0065] 附图1中，各参数定义如下：idr转子电流d轴分量，iqr转子电流q轴分量，idg电网侧换流器电流d轴分量，iqg电网侧换流器电流q轴分量，Vdc换流器电容端电压，Qs定子无功功率输出，Qg电网侧换流器无功功率输出，ωr发电机转子转速，ωref发电机转子转速参考值，Qsref定子无功功率输出的参考值，Qgref电网侧换流器无功功率输出参考值，Vdcref换流器电容端电压参考值，Lm转子侧绕组互感，vs双馈风机机端电压，Ls定子绕组的电感值。
[0066] 其中，双馈风机转子转速控制回路切换控制单元用于控制基于传统矢量控制方法的双馈风机转子转速控制回路和基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路之间的切换动作。
[0067] 其中，基于传统矢量控制方法的双馈转子转速控制回路用于在双馈风机转子转速控制回路切换控制单元将控制信号切换到基于传统矢量控制方法的双馈转子转速控制回路时根据双馈风机转子转速偏差来提供相应控制电压
[0068] 其中，基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路用于在双馈风机转子转速控制回路切换控制单元将控制信号切换到基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路时根据双馈风机转子转速偏差来提供相应控制电压[0069] 其中，双馈风机定子无功功率控制回路切换单元用于控制基于传统矢量控制方法的双馈风机定子无功功率控制回路和基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率控制回路之间的切换动作。
[0070] 其中，基于传统矢量控制方法的双馈风机定子无功功率控制回路用于当双馈风机定子无功功率控制回路切换单元将控制信号切换到基于传统矢量控制方法的双馈风机定子无功功率控制回路时根据双馈风机定子无功功率输出误差来提供相应控制电压[0071] 其中，基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率控制回路用于当双馈风机定子无功功率控制回路切换单元将控制信号切换到基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率控制回路时根据双馈风机定子无功功率输出误差来提供相应控制电压[0072] 其中，双馈风机换流器电容电压控制回路切换控制单元用于控制基于传统矢量控制方法的双馈风机换流器电容电压控制回路和基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机换流器电容电压控制回路之间的切换动作。
[0073] 其中，基于传统矢量控制方法的双馈风机换流器电容电压控制回路用于当双馈风机换流器电容电压控制回路切换控制单元将控制信号切换到基于传统矢量控制方法的双馈风机换流器电容电压控制回路时根据双馈风机换流器电容电压偏差来提供相应的控制电压
[0074] 其中，基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机换流器电容电压控制回路用于当双馈风机换流器电容电压控制回路切换控制单元将控制信号切换到基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机换流器电容电压控制回路时根据双馈风机换流器电容电压偏差来提供相应的控制电压
[0075] 其中，双馈风机电网侧无功功率控制回路切换单元用于控制基于传统矢量控制方法的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路和基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路之间的切换动作。
[0076] 其中，基于传统矢量控制方法的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路用于当双馈风机电网侧无功功率控制回路切换单元将控制信号切换到基于传统矢量控制方法的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路时根据双馈风机电网侧换流器无功功率输出误差来提供相应的控制电压
[0077] 其中，基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路用于当双馈风机电网侧无功功率控制回路切换单元将控制信号切换到基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路时根据双馈风机电网侧换流器无功功率输出误差来提供相应的控制电压
[0078] 基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统的控制对象为双馈风机换流器，所述基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统有四个输入信号，包括双馈风机转子转速偏差 双馈风机定子无功功率输出偏差 双馈风机换流器电容电压偏差 双馈风机电网侧换流器无功功率输出误差
所述四个输入信号分别对应四个控制回路，所述基于逻辑开关控制的双
馈风机多回路切换控制系统有四个输出信号，包括双馈风机转子侧换流器q轴控制电压双馈风机转子侧换流器d轴控制电压 双馈风机电网侧换流器d轴控制电压
和双馈风机电网侧换流器q轴控制电压 所述四个输出信号分别对应于四个控制回路。所述双馈风机转子转速偏差 信号经过基于传统矢量控制方法的双馈
风机转子转速控制回路、基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路和双馈风机转子转速控制回路切换控制单元后输出双馈风机转子侧换流器q轴控制电压所述双馈风机定子无功功率输出偏差 经过基于传统矢量控制方法的双
馈风机定子无功功率控制回路、基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率控制回路和双馈风机定子无功功率控制回路切换单元输出双馈风机转子侧换流器d轴控制电压所述双馈风机换流器电容电压误差 经过基于传统矢量控制方法的
双馈风机换流器电容电压控制回路、基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机换流器电容电压控制回路和双馈风机换流器电容电压控制回路切换控制单元后输出双馈风机电网侧换流器d轴控制电压 所述双馈风机电网侧换流器输出无功功率误差 经过
基于传统矢量控制方法的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路、基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路、双馈风机电网侧无功功率控制回路切换单元后输出双馈风机电网侧换流器q轴控制电压 最终形成四个控制回路。
[0079] 其中，基于传统矢量控制方法的双馈风机转子转速控制回路结构如图3所示，其中ωr为发电机转子转速，ωref为发电机转子转速参考值，iqr为转子电流q轴分量，iqrref为转子电流q轴分量的参考值，s＝(ωs-ωr)/ωs为感应发电机的滑差，ωs＝2πf为同步转速，f(Hz)为系统的频率，Lr为转子绕组的电感值，Lm为感应发电机绕组互感，idr为转子电流d轴分量， 为感应发电机的磁化电流，其中vs为双馈电机定子绕组端电压，Rs为定子绕组的电阻， 为定子电流的q轴分量，Ls为定子绕组的电感值，
PI1和PI2为两个比例积分控制系统，其控制参数分别设置为：P1＝5，I1
＝0.1，P2＝10，I2＝70。
[0080] 其中，基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路结构如图4所示，其中vqr_min为转子侧换流器q轴控制电压的最小值，vqr_max为转子侧换流器q轴控制电压的最大值， 基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路产生的控制信号，并且有
[0081]
[0082] 其中q(t)为二阶逻辑开关控制器系统的输出，q(t)可由下式计算
[0083]
[0084]
[0085] q(0-)＝q0∈{true,false}
[0086] 其中 是输出跟踪误差的上边界，e是输出跟踪误差的下边界，q(t-)是对应逻辑变量上一时步的逻辑值，∧为逻辑“与”运算，∨为逻辑“或”运算， 和 定义了输出变量跟踪误差的误差区间即 和 定义了F0内的安全距离，q1(t-)是q1
(t)在上一时刻的逻辑值， 是q1(t)在t＝0时的初值， 和 定义了输出变量一阶导数的误差区间即 和 定义了F1内的安全距离， 和
是理想的e在F0内增加和减小的速度，q(t-)是q(t)在上一时刻的逻辑值，q0是q(t)在t＝0时的初值。上述控制系统的参数设置为：
[0087] 其 中 ，双 馈 风 机 转 子 转 速 控 制 回 路 切 换 控 制 单 元 为其 中 为 双 馈 风 机 转 子 转 速 偏 差经过基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路后
得到的控制信号， 为双馈风机转子转速偏差 经过基于传统矢量控
制方法的双馈风机转子转速控制回路后得到的控制信号， 为双馈风机转子转速控制回路切换控制策略
[0088]
[0089] 其中，
[0090]
[0091]
[0092] 其中，Γ(t)＝{Γ1,Γ2,…,Γj}为 的极值序列，其中Γs(s∈{1,2,…,j})为序列Γ(t)中的最大值，τ＝0.5为Γj相对于Γs减小的比例。
[0093] 其中，基于传统矢量控制方法的双馈风机定子无功功率控制回路结构如图5所示，其中Qs为定子无功功率输出，Qsref为定子无功功率输出参考值，PI3和PI4为两个比例积分控制系统，其控制参数选取为：P3＝5，I3＝0.5，P4＝10，P5＝5。
[0094] 其中，基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率开关控制回路结构如图6所示，其中vdr_min为转子侧换流器d轴控制电压的最小值，vdr_max为转子侧换流器d轴控制电压的最大值， 基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率开关控制回路产生的控制信号，并且有
[0095]
[0096] 其中q(t)为一阶逻辑开关控制器系统的输出，q(t)可由下式计算
[0097]
[0098] 其 中 控 制 系 统 的 参 数 设 置 为 ：
[0099] 其 中 ，双 馈 风 机 定 子 无 功 功 率 控 制 回 路 切 换 控 制 单 元 为其中 为双馈风机定子无功功率偏差 经过基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机定子无功功率开关控制回路后得到的控制信号， 为双馈风机定子无功功率偏差 经过基于传统矢
量控制方法的双馈风机定子无功功率控制回路后得到的控制信号， 为双馈风机定子无功功率控制回路切换控制策略
[0100]
[0101] 其中
[0102]
[0103]
[0104] 其中Γ(t)＝{Γ1,Γ2,…,Γj}为 的极值序列，其中Γs(s∈{1,2,…,j})为序列Γ(t)中的最大值，τ＝0.5为Γj相对于Γs减小的比例。
[0105] 其中，基于传统矢量控制方法的双馈风机换流器电容电压控制回路结构如图7所示，其中Vdc为换流器电容电压，Vdcref为换流器电容电压参考值，idg为电网侧换流器电流d轴分量，iqg为电网侧换流器电流q轴分量，Lg为电网侧滤波电感的感抗，PI6和PI7为两个比例积分控制系统，其参数设置为：P6＝10，I6＝0.5，P7＝11，I7＝5。
[0106] 其中，基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机换流器电容电压开关控制回路结构如图8所示，其中vdg_min为电网侧换流器d轴控制电压的最小值，vdg_max为电网侧换流器d轴控制电压的最大值， 为基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机转子转速开关控制回路产生的控制信号，并且有
[0107]
[0108] 其中q(t)为二阶逻辑开关控制器系统的输出，q(t)可由下式计算
[0109]
[0110]
[0111] q(0-)＝q0∈{true,false}
[0112] 其 中 控 制 系 统 的 参 数 选 择 为 ：
[0113] 其 中 ，双 馈 风 机 换 流 器 电 容电 压 控 制 回 路 切 换 控 制 单 元 为其中 为双馈风机换流器电容电压偏差 经过基于二阶逻辑开关控制器的双馈风机换流器电容电压开关控制回
路后得到的控制信号， 为双馈风机换流器电容电压偏差 经过基
于传统矢量控制方法的双馈风机换流器电容电压控制回路后得到的控制信号， 为双馈风机换流器电容电压控制回路切换控制策略
[0114]
[0115] 其中，
[0116]
[0117]
[0118] 其中，Γ(t)＝{Γ1,Γ2,…,Γj}为 的极值序列，其中Γs(s∈{1,2,,j})为序列Γ(t)中的最大值，τ＝0.5为Γj相对于Γs减小的比例。
[0119] 其中，基于传统矢量控制方法的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路结构如图9所示，其中Qgref为双馈风机电网侧换流器无功功率输出，Vs为定子机端电压的幅值，PI5为比例积分控制系统，iqg为电网侧换流器滤波器电流的q轴分量，Lg为电网侧换流器滤波器的滤波电感，iqgref为电网侧换流器滤波器电流q轴分量的参考值，PI5为比例积分控制系统，其参数设置为：P5＝10，I5＝5
[0120] 其中，基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机电网侧换流器无功功率开关控制回路结构如图10所示，其中vqg_min为电网侧侧换流器q轴控制电压的最小值，vqg_max为电网侧换流器q轴控制电压的最大值， 基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机电网侧换流器无功功率开关控制回路产生的控制信号，并且有
[0121]
[0122] 其中q(t)为一阶逻辑开关控制器系统的输出，q(t)可由下式计算
[0123]
[0124] 其 中 e ( t ) ＝ e Q g ( t ) ，控 制 系 统 的 参 数 设 置 为 ：
[0125] 其中，双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路切换控制单元为其中 为双馈风机电网侧换流器无功
功率偏差 经过基于一阶逻辑开关控制器的双馈风机电网侧换流器无功功率开关控制回路后得到的控制信号， 为双馈风机定子无功功率偏差
经过基于传统矢量控制方法的双馈风机电网侧换流器无功功率控制回路后得到的控制信号， 为双馈风机定子无功功率控制回路切换控制策略
[0126]
[0127] 其中
[0128]
[0129]
[0130] 其中，Γ(t)＝{Γ1,Γ2,…,Γj}为 的极值序列，其中Γs(s∈{1,2,…,j})为序列Γ(t)中的最大值，τ＝0.5为Γj相对于Γs减小的比例。
[0131] 所述控制系统还包括切换励磁控制器，其切换策略为：
[0132] 假设在电力系统受到扰动后，双馈风机的输出变量(在此选取为感应发电机转速、定子侧无功功率输出、电网侧换流器无功功率和换流器电容端电压)的绝对值 |的振荡轨迹中的极值序列为Γ(t)＝{Γ1,Γ2,…,Γj}，其中为序列Γ(t)中的最大值，那么多回路切换控制器中每个回路的切换策略为：当切换条件1满足时，切换控制器由常规矢量控制器切换为开关控制器；当切换条件2满足时，切换控制器由开关控制器切换为常规矢量控制器，其中切换条件1和切换条件2为
[0133] 切换条件1：
[0134] 切换条件2：
[0135] 其中 和τ是需要设计的切换励磁控制器的参数。
[0136] 其中，图11为所述的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统应用于双馈风机中，在外界电力系统中发生三相接地短路故障后，双馈风机的转速曲线，可以看出在同样的扰动下，基于传统矢量控制算法控制的双馈风机已经失稳，而基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统控制的双馈风机能够在系统受到扰动后回到原平衡点继续运行。
[0137] 图12为所述的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统应用于双馈风机中，在外界电力系统中发生三相接地短路故障后，双馈风机的换流器电容端电压曲线。
[0138] 图13为所述的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统应用于双馈风机中，在外界电力系统中发生三相接地短路故障后，双馈风机的有功功率输出曲线。
[0139] 图14为所述的基于逻辑开关控制的双馈风机多回路切换控制系统应用于双馈风机中，在外界电力系统中发生三相接地短路故障后，双馈风机的无功功率输出曲线。
[0140] 综上所述，本实施例提出的基于开关控制的双馈风机多回路切换控制器，其双馈风机的输出变量选取为发电机转子转速、定子侧无功功率输出、电网侧换流器无功功率输出和背靠背换流器直流电容端电压。利用四个输入以及输出变量形成四个反馈控制通道，每个控制通道在一个开关控制器和一个常规矢量控制器之间切换，进而形成一个四回路切换控制器。其切换策略为：当双馈风机所在电力系统受到一个大的外部扰动时，风机的状态变量以及输出变量将会偏离原来的平衡点，此时双馈风机的四个控制回路由常规矢量控制器切换为开关控制器；在开关控制器的作用下，风机的状态变量和输出变量将会回到原平衡点附近，此时风机的四个控制回路由开关控制器切换为常规矢量控制器。本发明提出的多回路控制系统的特点是：开关控制器的设计不依赖于系统的精确模型，而仅需要知道系统模型的相对阶数即可；其次，开关控制器的控制器信号仅有两个值，即相应控制变量的最大值和最小值，因此开关控制器可以充分发挥双馈风机换流器的最大能量，使得系统以最快的速度回到原来的平衡点继续运行；由于开关控制器的作用，多回路切换控制器具有对外界扰动的强鲁棒性。
[0141] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
