[发明专利]基于ESO的双馈风力发电系统积分滑模控制器的控制方法

说明书

本发明公开了一种基于ESO的双馈风力发电系统积分滑模控制器的控制方法，按照以下步骤实施：首先列写双馈风力发电系统的数学模型；得到数学模型后，在此基础上按照扩张态观测器的原理设计出基于双馈风力发电系统的扩张状态观测器；然后，确定滑模变结构控制器的切换函数；最后，根据系统误差在有限时间内达到并保持在滑模面上这一控制目标，求取滑模控制律。通过仿真验证了该策略的可行性。本发明对基于扩张状态观测器的滑模变结构控制策略进行了研究，实现了对双馈风力发电系统运行过程中的解耦控制，同时提高了系统相应的速度，增强了系统的参数鲁棒性。

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，涉及一种基于ESO的双馈风力发电系统积分滑模控制器的控制方法。

背景技术

双馈电机兼有异步发电机和同步发电机特性，调速范围宽、风能利用率高，可向电网高效输出电能，因此在风力发电系统中有着优越的发展前景。然而双馈电机是一个非线性、强耦合的机电系统，而传统控制策略采用矢量控制，是建立在近似线性化的模型之上，并不能描述双馈风力发电系统的非线性本质，因而导致矢量控制的DFIG控制性能降低。

目前应用于双馈型异步发电机的控制器有：通过传统PI控制器，实现了有功功率和无功功率的解耦控制。但其控制器数据以风力发电系统的详细模型参数为基础，多源于电机参数的计算。然而双馈风力发电系统具有很大的模型变化性和不稳定性，从而导致系统性能易受电机参数的影响，鲁棒性不强，只能实现有功和无功功率的渐近解耦；直接转矩控制策略，但其针对滞环控制过程，其电压和电流波形不平滑，具有极其不稳定的谐波频率且低频特性较差；反馈线性化控制将系统的输入输出线性化，把原系统分解为两个线性子系统，实现两个输出量完全解耦。但是由于其模型选择均以电机电感比值出现，当参数不确定或者未建模动态时，不能保证鲁棒性，控制精度相对较低。滑模变结构控制通过设计滑模面描述期望系统应达到的动态指标从而设计开关控制器，使系统向开关面运动，并将其强行维持在开关面附近向平衡点滑动。此对电机参数变化不敏感，控制器参数调节较简单，全局鲁棒性好。但在实际控制系统中，由于系统存在不连续开关、惯性、时间延迟和空间滞后，状态检测的误差等因素，滑模运动不在预定的切换平面上，而是在其两侧的附近区域内振动，使得滑模变结构控制在获得滑动模态状态下也存在不可避免的高频抖振问题。抖振影响控制系统的精确性，加大能量损耗，破坏系统的性能，甚至使系统产生振荡或稳定性变差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于ESO的双馈风力发电系统积分滑模控制器的控制方法，能够削弱滑膜控制中的高抖震，使得在控制器参数调节较为简单的基础上提高双馈风力并网运行系统的全局鲁棒性，降低控制器对电机参数变化的敏感度。

本发明所采用的技术方案是，基于ESO的双馈风力发电系统积分滑模控制器的控制方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，列写出双馈电机在旋转坐标系下的数学模型：

电压方程：

其中，u_ds、u_qs、u_dr、u_qr分别是双馈电机定子和转子电压(d,q)轴分量；ω₁是工频角速度；i_ds、i_qs、i_dr、i_qr分别为双馈电机定子和转子电流(d,q)轴分量；R_s、R_r分别是定子和转子电阻；p是微分算子；ω₁-ω_r是旋转两相(d,q)坐标系相对转子的角速度；

磁链方程：