[發(fā)明專利]基于ESO的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)積分滑模控制器的控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510375423.6
• 申請日: 2015-06-30
• 公開（公告）號: CN105048917B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李生民;陸夢云;韓釗;王季龍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P9/00;H02P101/15;H02J3/38
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 李娜

1.基于ESO的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)積分滑模控制器的控制方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1，列寫出雙饋電機在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型：

電壓方程：

其中，u_ds、u_qs、u_dr、u_qr分別是雙饋電機定子和轉(zhuǎn)子電壓dq軸分量；ω₁是工頻角速度；i_ds、i_qs、i_dr、i_qr分別為雙饋電機定子和轉(zhuǎn)子電流dq軸分量；R_s、R_r分別是定子和轉(zhuǎn)子電阻；p是微分算子；ω₁-ω_r是旋轉(zhuǎn)兩相dq坐標(biāo)系相對轉(zhuǎn)子的角速度；

磁鏈方程：

其中，ψ_ds、ψ_qs、ψ_dr、ψ_qr分別是雙饋電機定子和轉(zhuǎn)子磁鏈的d、q軸分量；L_m為定子與轉(zhuǎn)子間的互感；L_s為dq的定子每相的全自感； L_r為dq的轉(zhuǎn)子每相的全自感；

將式(2)代入式(1)得：

運動和轉(zhuǎn)矩方程：

在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，運動方程如下：

T_e＝n_pL_m(i_qsi_dr-i_dsi_qr) (4)

其中，T_e為電磁轉(zhuǎn)矩；n_p為電機的極對數(shù)；L_m為定子與轉(zhuǎn)子間的互感；i_ds、i_qs、i_dr、i_qr分別為雙饋電機定子和轉(zhuǎn)子電流dq軸分量；

步驟2，根據(jù)雙饋電機在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計雙饋電機的擴張狀態(tài)觀測器參數(shù)為：

其中，z₁為雙饋電機定子側(cè)有功功率p^*的觀測值，為對雙饋電機定自測有功功率觀測值的導(dǎo)數(shù)；z₂為擾動的觀測值，為對擾動觀測值的導(dǎo)數(shù)；為狀態(tài)觀測器的非線性函數(shù)，其中，為擾動，σ滑模趨近律；k₁、k₂為系數(shù)；L_m為定子與轉(zhuǎn)子間的互感；L_s為定子每相全自感；是雙饋電機轉(zhuǎn)子電流q軸分量的參考值；P_n雙饋電機額定功率；ψ_s為定子磁鏈幅值；J為雙饋電機轉(zhuǎn)動慣量，p^*為雙饋電機定子側(cè)有功功率；

擾動方程如下：依據(jù)系統(tǒng)在定子磁鏈定向矢量控制下的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計負載轉(zhuǎn)矩為擾動量：

其中，T_L為負載轉(zhuǎn)矩；T_e為電磁轉(zhuǎn)矩；J為雙饋電機轉(zhuǎn)動慣量；ω為雙饋電機轉(zhuǎn)速；

其中，T_L為負載轉(zhuǎn)矩；T_e為電磁轉(zhuǎn)矩；J為雙饋電機轉(zhuǎn)動慣量；ω為雙饋電機轉(zhuǎn)速，為雙饋電機轉(zhuǎn)速的微分，即轉(zhuǎn)速變化率；P_n雙饋電機額定功率；ψ_s為定子磁鏈幅值；L_m為定子與轉(zhuǎn)子間的互感；L_s為定子每相全自感；i_qr是雙饋電機轉(zhuǎn)子電流q軸分量；

由式(6)和式(7)得到電機轉(zhuǎn)速方程：

其中，ω為雙饋電機轉(zhuǎn)速，為雙饋電機轉(zhuǎn)速的微分，即轉(zhuǎn)速變化率；T_L為負載轉(zhuǎn)矩；J為雙饋電機轉(zhuǎn)動慣量；P_n雙饋電機額定功率；ψ_s為定子磁鏈幅值；L_m為定子與轉(zhuǎn)子間的互感；L_s為定子每相全自感；i_qr是雙饋電機轉(zhuǎn)子電流q軸分量；

其中DFIG系統(tǒng)在定子磁鏈定向矢量控制下的磁鏈方程如下：

其中，ψ_ds、ψ_qs分別為定子磁鏈dq軸分量；ψ_s為定子磁鏈幅值；L_m為定子與轉(zhuǎn)子間的互感；L_s為定子每相全自感；i_ds、i_qs、i_dr、i_qr分別是雙饋電機定子和轉(zhuǎn)子電流dq軸分量；

結(jié)合公式(8)和(9)，得：

令系統(tǒng)擾動為控制量為則式(10)化簡為：

步驟3，確定切換函數(shù)：

定義雙饋異步電機的積分變結(jié)構(gòu)控制器的狀態(tài)變量為定子有功功率和無功功率的參考值和實際值的差值：

其中，s_Ps、s_Qs為積分變結(jié)構(gòu)控制器的狀態(tài)變量；P_s、Q_s、P_s^*、分別為定子有功功率和無功功率的實際值和參考值；

在滑模面中引入狀態(tài)積分項，根據(jù)積分變結(jié)構(gòu)的理論和設(shè)計步驟，定義滑模面為：

其中，s₁、s₂為設(shè)置的滑模面；c₁、c₂為常數(shù)；e₁(τ)、e₂(τ)為誤差函數(shù)；

步驟4，確定變結(jié)構(gòu)控制參數(shù)：

根據(jù)誤差在有限時間內(nèi)到達并保持在滑模面上這一要求，即滿足滑模面與其微分的乘積小于零，定義變結(jié)構(gòu)控制為：

u＝u_eq+u_sw+u_bc (14)

其中，u為變結(jié)構(gòu)控制參數(shù)；u_eq為滑模等效控制量；u_sw為滑模切換量；

然后，取u_sw＝fsign(s)，其中，f為切換頻率，s為模糊量，代入式(14)，得：

其中，u_bc為擾動補償量，即為由擴張狀態(tài)觀測器中的z₂觀測出的系統(tǒng)的擾動a(t)；ψ_f為雙饋電機磁鏈；

得到變結(jié)構(gòu)控制參數(shù)u，完成控制方法的確定。