基于eso的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)積分滑?？刂破鞯目刂品椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 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)】
[0002] 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。
[0003] 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?；Ｗ兘Y(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】

[0004] 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?？刂破鞯目刂?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。
[0005] 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?？刂破鞯目?制方法，具體按照以下步驟實施：
[0006] 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：
[0007] 電壓方程：
[0008]
[0009] 其中，1^、11(]；3、11(11、11(]1分別是雙饋電機定子和轉(zhuǎn)子電壓（(1，9)軸分量 ；〇1是工頻角 速度；1&、'、1&、^分別為雙饋電機定子和轉(zhuǎn)子電流（4 0軸分量；1^、1^分別是定子和轉(zhuǎn) 子電阻；P是微分算子；W1-C^是旋轉(zhuǎn)兩相（d，q)坐標(biāo)系相對轉(zhuǎn)子的角速度；
[0010] 磁鏈方程：
[0011]
[0012] 其中，itds、itqs、Φ&、分別是雙饋電機定子和轉(zhuǎn)子磁鏈的d、q軸分量；L ni為 (d, q)的定、轉(zhuǎn)子間的互感；1^為（d, q)的定子每相的全自感；，L 為（d, q)的轉(zhuǎn)子每相的全 自感；
[0013] 將式⑵代入式⑴得：
[0014]
[0015] 運動和轉(zhuǎn)矩方程：
[0016] 在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，運動方程如下：
[0017] Te= npLm(iqsidr-idsi qr) (4)
[0018] 其中，Te為電磁轉(zhuǎn)矩；η p為電機的極對數(shù)；Lni為定子與轉(zhuǎn)子間的互感；i ds、iqs、it、 分別為雙饋電機定子和轉(zhuǎn)子電流（d，q)軸分量；
[0019] 步驟2，根據(jù)雙饋電機在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計雙饋電機的擴張狀態(tài)觀測 器參數(shù)為：
[0020]
[0021] 其中，Z1為雙饋電機定子側(cè)有功功率Pi的觀測值，^為對雙饋電機定自測有功功 率觀測值的導(dǎo)數(shù)；22為a(t)擾動的觀測值為對擾動觀測值的導(dǎo)數(shù)；fal ( ε，a，〇 )為狀 態(tài)觀測器的非線性函數(shù)；kphS系數(shù)；Lni為定子與轉(zhuǎn)子間的互感；Ls為定子每相全自感；ζ· 是雙饋電機轉(zhuǎn)子電流q軸分量的參考值；Pn雙饋電機額定功率；Φ s為定子磁鏈幅值；J為雙 饋電機轉(zhuǎn)動慣量；
[0022] 擾動方程如下：依據(jù)系統(tǒng)在定子磁鏈定向矢量控制下的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計負(fù)載轉(zhuǎn)矩 為擾動暈：
[0023]
(6)
[0024] 其中，IY為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；為電磁轉(zhuǎn)矩；J為雙饋電機轉(zhuǎn)動慣量；ω為雙饋電機轉(zhuǎn)速；
[0025]
(7)
[0026] 其中，IY為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；為電磁轉(zhuǎn)矩；J為雙饋電機轉(zhuǎn)動慣量；ω為雙饋電機轉(zhuǎn)速， ^為雙饋電機轉(zhuǎn)速的微分（即轉(zhuǎn)速變化率）；Ρ η雙饋電機額定功率；Φ s為定子磁鏈幅值；Lni 為定子與轉(zhuǎn)子間的互感；Ls為定子每相全自感；i v是雙饋電機轉(zhuǎn)子電流q軸分量；
[0027] 由式（6)和式（7)得到電機轉(zhuǎn)速方程：
[0028]
( 8 )
[0029] 其中，ω為雙饋電機轉(zhuǎn)速，&為雙饋電機轉(zhuǎn)速的微分（即轉(zhuǎn)速變化率）；!；為負(fù)載 轉(zhuǎn)矩；J為雙饋電機轉(zhuǎn)動慣量；Ρη雙饋電機額定功率；Φ s為定子磁鏈幅值；Lni為定子與轉(zhuǎn)子 間的互感；Ls為定子每相全自感；i v是雙饋電機轉(zhuǎn)子電流q軸分量；
[0030] 其中DFIG系統(tǒng)在定子磁鏈定向矢量控制下的磁鏈方程如下：
[0031]
(9)
[0032] 其中，Φ ds、Φ qs分別為定子磁鏈（d，q)軸分量；Φ s為定子磁鏈幅值；Lni為定子與轉(zhuǎn) 子間的互感；Ls為定子每相全自感；i ds、iqs、it、分別是雙饋電機定子和轉(zhuǎn)子電流（d, q) 軸分量；
[0033] 結(jié)合公式⑶和（9)，得：
[0034]
1:0 )
[0035] 令系統(tǒng)擾動關(guān) ，控制量為廣則式（10)化簡為： ,qr.
[0036]
i^il)
[0037] 步驟3,確定切換函數(shù)：
[0038] 定義雙饋異步電機的積分變結(jié)構(gòu)控制器的狀態(tài)變量為定子有功功率和無功功率 的參考值和實際值的差值：
[0039]
[0040] 其中，Sps、sQs為積分變結(jié)構(gòu)控制器的狀態(tài)變量;P S、QS、if、這分別為定子有功功 率和無功功率的實際值和參考值；
[0041] 在滑模面中引入狀態(tài)積分項，根據(jù)積分變結(jié)構(gòu)的理論和設(shè)計步驟，定義滑模面 為：
[0042]
[0043] 其中，Sp 82為設(shè)置的滑模面；c r C2為常數(shù)；e J τ )、e2( τ )為誤差函數(shù)；
[0044] 步驟4,確定變結(jié)構(gòu)控制參數(shù)：
[0045] 根據(jù)誤差在有限時間內(nèi)到達(dá)并保持在滑模面上這一要求，即滿足滑模面與其微分 的乘積小于零，定義變結(jié)構(gòu)控制為：
[0046] u = ueq+usw+ubc (14)
[0047] 其中，u為變結(jié)構(gòu)控制參數(shù)；Ueq為滑模等效控制量；u sw為滑模切換量；
[0048] 然后，取 Usw= fsign(s)，代入式（14)，得：
[0049]
[0050] 其中，ub。為擾動補償量，即為由擴張狀態(tài)觀測器中的Z2觀測出的系統(tǒng)的擾動 a(t)；
[0051] 得到變結(jié)構(gòu)控制參數(shù)u，完成控制方法的確定。
[0052] 本發(fā)明的有益效果是，基于ESO的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)積分滑?？刂破鞯目刂品?法，采用擴張狀態(tài)觀測器作為滑?？刂破鞯那梆佈a償，降低傳統(tǒng)控制器對電機參數(shù)的依賴 性，減小滑模控制器為了抑制系統(tǒng)擾動所需要的切換增益，從而減小滑?？刂破鞯目刂屏?輸出抖振和系統(tǒng)轉(zhuǎn)速波動削弱滑膜控制存在的抖振問題，減小雙饋風(fēng)力