[發明專利]一種直驅永磁同步風力發電系統及其全自抗擾控制方法

有效

• 申請號: 201910402593.7
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110165962B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 魏春;江勇奇;張有兵;陳強
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H02P21/26
• 分類號: H02P21/26;H02P21/22;H02P27/12;H02P21/13;H02J3/38
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種直驅永磁同步風力發電系統，該系統包括風機葉片、PMSG、機側換流器、電容器、網側換流器和電網，用于吸收永磁同步風力發電系統發出的電能。一種直驅永磁同步風力發電系統的全自抗擾控制方法，永磁同步電機采用轉子磁場定向的雙閉環矢量控制策略，外環是速度環，內環是電流環，雙環皆采用自抗擾控制器，來控制機側換流器運行。其中，自抗擾速度控制器提高速度控制的動態特性，減少由風速等因素引起的隨機擾動；自抗擾電流控制器減少系統內部非線性動態變化以及外部擾動的影響。本發明能克服大型永磁同步風力發電系統的不確定性與多干擾性的特點，對風機內外擾動進行實時估計和補償，提高整體系統的可靠性與抗干擾能力。

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，特別涉及一種直驅永磁同步風力發電系統的全自抗擾控制方法。

背景技術

直驅式永磁同步風力發電系統由于其高效率，高功率密度，低維護成本，以及更好的故障穿越和電網支撐能力，受到工業界的廣泛關注。由于風能的隨機性、能量密度低和不穩定性的特點，風力發電系統是一個非線性多變量的復雜系統，其中控制技術是風力發電系統能夠高效安全可靠運行的關鍵。但是，由于風具有不穩定性和多變性，風力發電系統將受到隨機風等不可避免的內外干擾，這使常規的通過建立精確數學模型的PID控制方法受到局限。

傳統的永磁同步電機的矢量控制多采用外環速度內環電流的控制結構且速度環和電流環大多采用線性PI控制器。然而，永磁同步電機是一個典型的多變量、強耦合、時變且受內外擾動的非線性控制對象，因此傳統的PID控制難以滿足高性能的要求。

自抗擾控制(ADRC)是一種新型非線性實用控制方法，能夠觀測系統的內外擾動并加以補償，并采用非線性狀態誤差反饋實現誤差的快速收斂，具有很好的動、靜態特性。因此，自抗擾控制在永磁同步電機的控制領域也得到了廣泛研究。但是，現有的工作主要圍繞著將速度外環的PI控制器替換成自抗擾控制器，卻保留電流內環的PI控制。然而永磁同步電機具有多種不確定性，如速度/轉矩突變、電機參數動態變化以及電流/電壓傳感器噪聲，電流內環的控制效果將直接影響整體風機的性能，因此，高性能的電流內環控制器的設計同樣重要。

發明內容

根據技術背景，本發明的目的是提供一種直驅永磁同步風力發電系統的全自抗擾控制方法，本發明中的永磁同步電機采用轉子磁場定向的雙閉環矢量控制策略，外環是速度環，內環是電流環，雙環皆采用自抗擾控制器，來控制機側換流器運行。其中，自抗擾速度控制器提高速度控制的動態特性，減少由風速等因素引起的隨機擾動；自抗擾電流控制器減少系統內部非線性動態變化以及外部擾動的影響。該方法能克服大型永磁同步風力發電系統的不確定性與多干擾性的特點，對風機內外擾動進行實時估計和補償，提高整體系統的可靠性與抗干擾能力。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

一種直驅永磁同步風力發電系統，包括：

風機葉片，將捕獲的風能轉化為機械能，帶動永磁同步電機PMSG旋轉；

PMSG，與風機葉片直接相連，將機械能轉化為電能；

機側換流器，換流器件為全控型器件IGBT，采用三相橋電路進行SVPWM整流，用于把PMSG輸出的變壓變頻的交流電轉換為直流電；

電容器，為機側換流器和網側換流器提供直流電壓支撐；

網側換流器，換流器件為全控型器件IGBT，采用三相橋電路進行SVPWM逆變，用于把直流電轉換為恒壓恒頻的交流電，進行并網；

電網，用于吸收永磁同步風力發電系統發出的電能。