[发明专利]基于ADRC的双馈风力发电系统转子解耦控制方法

摘要

一种基于ADRC的双馈风力发电系统转子解耦控制方法，其特征在于它包括如下步骤：双馈风机建模、简化、控制器设计、参数设定、信号检测及对比、控制输出；其优越性在于：①硬件装置设计简单、易于实现；②可以较好地抑制电网故障所引发的电压骤降对转子电流影响，增强系统对转子电流的控制能力；③不依赖系统的精确模型，增强了对系统的控制精度。

主权项

一种基于ADRC的双馈风力发电系统转子解耦控制方法，其特征在于它包括如下步骤：第1步：双馈风机需进行数学模型化并由以下公式得到构成：采用电动机惯例建立同步旋转坐标系下标么值形式的双馈发电机五阶模型，其中电压方程可以写为：us=Rs·is+1ws·dψsdt+j·ψsur=Rr·ir+1ws·dψrdt+j·wslipwsψr]]>磁链方程标么值形式为：式中us、ur分别为定子、转子端电压；Rs、Rr分别为定子、转子电阻；is、ir分别为定、转子电流；Ls、Lr为定、转子自感；Lm为励磁电感；ψs、ψr分别为定、转子磁链；Wr为转子旋转角速度；Ws为定子电流角频率；Wslip为转差电角速度；则上述电压方程可改写为：第2步：若不考虑电网电压的动态变化即假定电网电压及定子磁链恒定，则双馈电机五阶模型简化为三阶，简化后转子电压方程为：在忽略定子电阻Rs的情况下，定子电压矢量与定子磁链矢量间有如下的近似关系us＝Rs·is+jψs≈jψs采用定子电压定向矢量控制方案即同步旋转坐标系的d轴定向于定子电压矢量us时，有ψsd≈usq=0ψsd≈usd=|us|=Us]]>从而可以得出转子电流与转子电压间关系为：urd=Rr·ird+1ws·σ·Lr·dirddt-wslipws·(-LmLs·Us+σ·Lr·irq)urq=Rr·irq+1ws·σ·Lr·dirqdt+wslipws·(σ·Lr·ird)]]>由以上分析可知，在假设电网电压恒定的前提下可忽略定子磁链的动态过程将电机模型由五阶简化为三阶；第3步：进行自抗扰控制器设计：自抗扰控制器包括TD、ESO以及NLSEF三部分组成；其具体设计步骤包括：(1)将从跟踪微分器TD得出d轴转子电流参考值的跟踪值ird_ref作为自抗扰控制器的输入端，并与扩张状态观测器ESO估计出来的风电系统模型的输出值z21d做比较；其中，风电系统模型输出端的转子电流ir在d轴分量的实际值ird及控制信号urd_ref的b0倍作为扩张状态观测器ESO的两个输入端；参数b0是补偿强弱的补偿因子，作为可调参数来用；(2)步骤(1)中得到的输出信号再经过非线性反馈控制率NLSEF与扩张状态观测器ESO估计出来的风电系统模型的外界和内部总扰动z22d的1/b0做比较，得到风电系统模型的控制信号urd_ref；第4步：网侧PWM变换器与电网相连，并通过空间矢量调制策略可以实现功率因数为1；而与转子相连侧的功率因数由控制要求决定，这样电网需要的无功功率全部由双馈电机定子侧提供；第5步：对双馈风力发电系统参数进行设定，将双馈风机输出的有功功率P*作为给定值，而无功功率Q*可根据实际负荷大小而确定，同时也将无功功率Q*作为给定值；第6步：将检测到的有功功率实际值P、无功功率实际值Q作为自抗扰控制器的反馈，而给定的有功功率P*、无功功率Q*及有功功率实际值P、无功功率实际值Q作为自抗扰控制器中TD环节的输入，而在步骤3当中的风电系统模型的转子电流ir在d轴分量的实际值ird作为自抗扰控制器的输出，然后对双馈风力发电系统的电流矢量ird进行坐标反变换为转子电压，并加在转子上即可实现功率解耦控制。