[发明专利]带前馈补偿的双馈风力发电机鲁棒控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种风力发电技术领域的控制方法，具体是一种带前馈补偿 的双馈风力发电机鲁棒控制方法。

背景技术

风能等各种可再生能源的利用和研究已日益受到世界各主要发达国家的重 视，成为解决能源危机和环境问题的有效手段之一。大型风力发电系统可以将能 量巨大的风能转换成为电能，是未来发电的重要方式之一。由于双馈电机本身可 以通过直接调节转子端电压、电流的频率和大小来控制定子的电压和频率输出， 使其在风力发电领域有着很重要的应用。控制双馈电机实际上就是根据给定转速 进行跟踪控制。因此，针对双馈风力发电机系统，研究一种高效的控制方法是非 常必要的。现有技术中的电机控制方法，如DTC(直接转矩控制)、磁场解耦控 制等，虽然在一定程度上解决了有关控制问题，但都存在鲁棒性差、控制器设计 复杂，不易应用于工业等不足。

经对现有技术文献的检索发现，R.Pena，J.C.Clare，G.M Asher.在 《Electric Power Applications，IEE Proceedings》.(1996，43(3)：231-241) 上发表“Doubly fed induct ion generator using back-to-back PWM converters and its application to variable-speed wind energy generation”(使用背 靠背变流器的双馈发感应电机系统及其在变速风力发电机上的应用)该文提出 了双馈电机的控制方法，具体方法为前馈补偿的PID(比例积分微分)控制律， 其不足在对于电机参数的摄动和外界干扰对控制器的影响并没有提及，因而在控 制器的设计过程中过于依赖测量估计参数的准确性，同时，因PID控制律的设计 过程复杂，对参数摄动和外界干扰抑制不足，使得该方法存在很大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种带前馈补偿的双 馈风力发电机鲁棒控制方法，采用定子磁场定向、转子电流前馈补偿，并根据加 权函数设计鲁棒控制器，满足控制要求，避免了传统的磁场解耦前馈补偿控制器 过于依赖测量估计参数的准确性，设计过程复杂、对参数摄动和外界干扰抑制不 足，使用局限性大等不足，具有良好的鲁棒性能，且易于实现。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

第一步，根据电机参数摄动和外界干扰，由环路整形定律设计出鲁棒控制律；

第二步，根据给定转速和由转速传感器测量实际转速的误差根据鲁棒控制律 给出鲁棒控制信号；

第三步，鲁棒控制信号进行转子前馈补偿信号相加，相加后的输出作为控制 输出，将控制输出利用电源磁场的旋转速度以及旋转角度进行定子磁场定向的坐 标变换(反park变换)，得到变流器控制信号；

第四步，用变流器控制信号驱动变流器来控制电机转速。

所述第一步，具体实现为：首先测量电源(定子端)电压、电流频率、幅值， 测量结果用于判断电源状态并为后续坐标变换提供用于参考的电源磁场的旋转 速度以及旋转角度；然后根据分析电机参数摄动和外界干扰的性能加权函数(一 组由电机参数摄动和外界干扰对电机性能影响大小的函数所组成)，用环路整形 定律设计出鲁棒控制律。

所述的定子磁场定向的坐标变换，是指用定子磁场作为转速参考的一种park 坐标变换方法，根据传感器测得的定子端电压、电流信号，先根据磁场定律计算 出定子磁场的旋转速度，再根据这个旋转速度进行坐标变换(park变换)。park 变换是为了研究简化发电机模型的一种通用坐标变换，它表示的是三相旋转坐标 系到两相旋转坐标系的变换，属于一种电机研究的通用技术。

所述的传感器采用霍尔电流传感器和霍尔电压传感器，分别检测双馈电机转 子侧的电压和电流，从而实现对双馈电机功率的检测，霍尔电流传感器测量直流、 交流、脉冲和混合型电流，霍尔电压传感器测量直流、交流和脉冲电压。

所述的电流传感器，其原边额定有效值电流为25mA，采用+15V电源供电， 精度为±0.5％，原边电流测量范围为0～±36A。

所述的电压传感器，其原边额定有效值电流为10mA，副边额定有效值电流 为25mA，采用+15V电源供电，精度为+0.6％，原边电流测量范围为0～+14mA。