[發明專利]一種矢量控制永磁同步風力發電系統轉速環自抗擾調節器

在審

• 申請號: 202010829909.3
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN112003525A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 張蘭紅;倉竹榮;李勝;單立宇
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/14;H02P21/13;H02P21/18;H02P9/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 肖鵬

1.一種矢量控制永磁同步風力發電系統轉速環自抗擾調節器，包括自抗擾調節模塊；所述自抗擾調節模塊由跟蹤微分器、擴張狀態觀測器、非線性誤差反饋控制律三部分組成；其特征在于：

所述跟蹤微分器采用一階Gfal函數構造，其表達式為：

式(1)中：Gfal函數為非線性函數，為經過跟蹤微分器求出的一階導數跟蹤信號，ω*為跟蹤微分器輸出信號，a₁為跟蹤微分器中表征Gfal函數非線性強度的參數，δ₁為跟蹤微分器中表征Gfal函數線性區間大小的參數；k₁為系統參數，決定系統對量測信號的追蹤過程；

所述Gfal函數是包含抗抖振因子函數的改進型fal函數，其表達式為：

式(2)中：x為輸入信號，a為表征Gfal函數非線性強度的參數，δ為表征Gfal函數線性區間大小的參數，G(x)為抗抖振因子函數，其表達式為：

式(3)中：v為抖振因子，且v0。

2.根據權利要求1所述的矢量控制永磁同步風力發電系統轉速環自抗擾調節器，其特征在于：所述擴張狀態觀測器狀態方程為：

式(4)中：x₁為電機轉速ω，x₂為新增狀態變量f_ω，u為電機轉矩電流i_q，

新增狀態變量f_ω表達式為：

式(5)中：T_m為風機機械轉矩，B為轉動的粘滯系數，J為發電機轉動慣量，ω為轉子轉速，b為轉矩系數，b₀代表轉矩系數b的近似值，為選取的系數，轉矩系數b表達式為：

式(6)中：p為電機極對數，ψ_f為轉子永磁體磁鏈；

式(5)所示新增狀態變量f_ω除包含系統的輸出變量，即電機轉速ω外，還包括了系統的各項擾動，如外界干擾、轉矩系數b取值不準確產生的誤差等等。

將式(4)中新增狀態變量f_ω用Gfal函數來實現，擴張狀態觀測器中設計的非線性狀態觀測器方程為：

式(7)中，為轉子轉速ω的觀測量，為新增狀態變量f_ω的觀測量，k₂、k₃為系統參數，決定系統對觀測量的追蹤過程，a₂為擴張狀態觀測器中Gfal函數非線性強度參數；δ₂為表征Gfal函數線性區間大小的參數。

3.根據權利要求2所述的矢量控制永磁同步風力發電系統轉速環自抗擾調節器，其特征在于：所述非線性誤差反饋控制律對跟蹤微分器輸出的轉速給定值ω*和擴張狀態觀測器輸出的轉速狀態量觀測值之間的誤差用一階非線性反饋控制律產生所需的控制量u₀，并對擾動量進行前饋補償，一階非線性反饋控制律非線性誤差反饋控制律為：

式(8)中，k₄、a₃、δ₃分別為非線性誤差反饋控制律中Gfal函數的系統參數、非線性強度參數與線性區間大小參數；

前饋補償后得到的轉矩電流給定值i_q*為：

4.根據權利要求3所述的矢量控制永磁同步風力發電系統轉速環自抗擾調節器，其特征在于：還包括風力機最大功率跟蹤模塊和電機轉速測量模塊；所述的風力機最大功率跟蹤模塊輸出風力機獲得最大功率所需要的轉速，作為電機轉速的設定值ω_set，電機轉速測量模塊實時測得電機轉速ω；所述自抗擾調節模塊對電機轉速設定值ω_set和實際值ω之間的偏差進行非線性自抗擾調節和前饋補償處理，最終得到需要控制的電機轉矩電流給定值i_q*。