[发明专利]基于李雅普诺夫算法状态变量优化的均流方法

说明书

本发明公开了以电感和电容储能的定量关系建立Lyapunov函数，找到一个李雅普诺夫函数，它是正定的，则李雅普诺夫函数的导数是负定的条件下，当李雅普诺夫函数的状态变量参数x在任何方向趋向无穷大李雅普诺夫函数也趋近无穷大，得出原点的平衡点是全局渐近稳定的，即在状态变量x₃中增加了k(I_r‑I_o)，进而实现电压、电流和均流的三环控制，本发明结构科学合理，使用安全方便，把李雅普诺夫控制算法应用在多三相永磁同步发电机系统，采用单位功率因数控制，在交流侧不产生谐波，不消耗无功功率，从而不会对发电机稳定运行产生影响，增加发电系统的可靠性，为了保证输出大电流时每个子模块能够实现均流输出，对算法的状态变量进行优化实现对均流信息的闭环控制。

技术领域

本发明涉及变量优化技术领域，具体为基于李雅普诺夫算法状态变量优化的均流方法。

背景技术

低压10000A以上的大电流直流电源在船舰、能源及工业领域有着广泛的应用，随着电机技术及电力电子技术融合程度逐渐增高，同步发电的一体化系统向高功率密度，高可靠性，高容错能力的方向快速发展，为保证该一体化直流输出系统的电能质量，需要重点研究其控制策略，Lyapunov在1892年提出的基于稳定性判据控制理论，它先对系统构建一个“类似能量”的纯量函数，然后在保证该函数对时间的变化为负的前提下设计控制器，此法在1998年被HasanK引入到三相PWM整流器控制中。

目前，国内采用李雅普诺夫算法控制PWM整流器，都集中在对电网电压整流，容易产生谐波，消耗无功功率，从而会对发电机稳定运行产生影响，降低发电系统的可靠性。

发明内容

本发明提供基于李雅普诺夫算法状态变量优化的均流方法，可以有效解决上述背景技术中提出国内采用李雅普诺夫算法控制PWM整流器，都集中在对电网电压整流，容易产生谐波，消耗无功功率，从而会对发电机稳定运行产生影响，降低发电系统的可靠性的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于李雅普诺夫算法状态变量优化的均流方法，以电感和电容储能的定量关系建立Lyapunov函数，找到一个李雅普诺夫函数，它是正定的，则李雅普诺夫函数的导数是负定的条件下，当李雅普诺夫函数的状态变量参数x在任何方向趋向无穷大李雅普诺夫函数也趋近无穷大，得出原点的平衡点是全局渐近稳定的，即在状态变量x₃中增加了k(I_r-i_o)，进而实现电压、电流和均流的三环控制，

设系统能量稳定的工作点为平衡点，定义一个正定李雅普诺夫函数：

式中构造系统的状态变量x₁、x₂和x₃，其中x₃是包含电压和电流控制的状态变量，定义如下：

其中V_r为参考电压，I_r为多整流模块中电流的最大值作为参考电流，k为比例系数，i_d的稳态值为i_d0；

其次，对李雅普诺夫函数进行求导为：

根据李雅普诺夫第一稳定性定理，当李雅普诺夫函数的导数为负定时，则系统在平衡点是稳定的，为了判断李雅普诺夫函数导数的正负性，分别求x₁，x₂的导数与电感L的乘积，x₃的导数与滤波电容C的乘积，带入李雅普诺夫函数导数的表达式即公式(3)中，在保证李雅普诺夫函数导数为负的条件下，求控制变量的取值范围。