[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

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• 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

本發(fā)明公開了一種基于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，按照以下步驟實施：首先列寫雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；得到數(shù)學(xué)模型后，在此基礎(chǔ)上按照擴張態(tài)觀測器的原理設(shè)計出基于雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的擴張狀態(tài)觀測器；然后，確定滑模變結(jié)構(gòu)控制器的切換函數(shù)；最后，根據(jù)系統(tǒng)誤差在有限時間內(nèi)達(dá)到并保持在滑模面上這一控制目標(biāo)，求取滑模控制律。通過仿真驗證了該策略的可行性。本發(fā)明對基于擴張狀態(tài)觀測器的滑模變結(jié)構(gòu)控制策略進行了研究，實現(xiàn)了對雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運行過程中的解耦控制，同時提高了系統(tǒng)相應(yīng)的速度，增強了系統(tǒng)的參數(shù)魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于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。

背景技術(shù)

雙饋電機兼有異步發(fā)電機和同步發(fā)電機特性，調(diào)速范圍寬、風(fēng)能利用率高，可向電網(wǎng)高效輸出電能，因此在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中有著優(yōu)越的發(fā)展前景。然而雙饋電機是一個非線性、強耦合的機電系統(tǒng)，而傳統(tǒng)控制策略采用矢量控制，是建立在近似線性化的模型之上，并不能描述雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的非線性本質(zhì)，因而導(dǎo)致矢量控制的DFIG控制性能降低。

目前應(yīng)用于雙饋型異步發(fā)電機的控制器有：通過傳統(tǒng)PI控制器，實現(xiàn)了有功功率和無功功率的解耦控制。但其控制器數(shù)據(jù)以風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的詳細(xì)模型參數(shù)為基礎(chǔ)，多源于電機參數(shù)的計算。然而雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有很大的模型變化性和不穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能易受電機參數(shù)的影響，魯棒性不強，只能實現(xiàn)有功和無功功率的漸近解耦；直接轉(zhuǎn)矩控制策略，但其針對滯環(huán)控制過程，其電壓和電流波形不平滑，具有極其不穩(wěn)定的諧波頻率且低頻特性較差；反饋線性化控制將系統(tǒng)的輸入輸出線性化，把原系統(tǒng)分解為兩個線性子系統(tǒng)，實現(xiàn)兩個輸出量完全解耦。但是由于其模型選擇均以電機電感比值出現(xiàn)，當(dāng)參數(shù)不確定或者未建模動態(tài)時，不能保證魯棒性，控制精度相對較低。滑模變結(jié)構(gòu)控制通過設(shè)計滑模面描述期望系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到的動態(tài)指標(biāo)從而設(shè)計開關(guān)控制器，使系統(tǒng)向開關(guān)面運動，并將其強行維持在開關(guān)面附近向平衡點滑動。此對電機參數(shù)變化不敏感，控制器參數(shù)調(diào)節(jié)較簡單，全局魯棒性好。但在實際控制系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)存在不連續(xù)開關(guān)、慣性、時間延遲和空間滯后，狀態(tài)檢測的誤差等因素，滑模運動不在預(yù)定的切換平面上，而是在其兩側(cè)的附近區(qū)域內(nèi)振動，使得滑模變結(jié)構(gòu)控制在獲得滑動模態(tài)狀態(tài)下也存在不可避免的高頻抖振問題。抖振影響控制系統(tǒng)的精確性，加大能量損耗，破壞系統(tǒng)的性能，甚至使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩或穩(wěn)定性變差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于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，能夠削弱滑膜控制中的高抖震，使得在控制器參數(shù)調(diào)節(jié)較為簡單的基礎(chǔ)上提高雙饋風(fēng)力并網(wǎng)運行系統(tǒng)的全局魯棒性，降低控制器對電機參數(shù)變化的敏感度。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，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，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(d,q)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(d,q)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(d,q)坐標(biāo)系相對轉(zhuǎn)子的角速度；

磁鏈方程：