[发明专利]一种基于自抗扰的风力发电机系统的频率控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于自抗扰的风力发电机系统的频率控制系统，包括AGC控制系统和HVDC系统；其特征是，AGC控制系统包括依次连接的ACE模块、自抗扰控制器、发电机调速系统和发电机；HVDC系统包括依次连接的整流器、直流输电系统、逆变器和交流系统，以及与整流器连接的AFC控制器，整流器与发电机连接；AFC控制器用于风力发电机系统的一次调频控制；自抗扰控制器用于风力发电机系统的二次调频控制；自抗扰控制器包括跟踪微分器TD、扩张状态观测器ESO、非线性误差反馈控制器NLSEF，跟踪微分器TD按照如下方程设计：

其中v₁是安排过渡信号，v₂是该安排过渡信号的微分信号，v₃是安排过渡过程的2阶微分信号；

扩张状态观测器ESO可由如下方程实现：

其中z₁,z₂,z₃为跟踪对象状态变量，z₄为系统估计出来的扰动；

非线性误差反馈控制器NLSEF按照如下方程设计：

其中u₀为提取信号的非线性组合，z₄/b₀为对扰动的补偿，u为控制器输出的控制信号。

2.如权利要求1所述的基于自抗扰的风力发电机系统的频率控制系统，其特征是，一次调频控制为高压直流输电系统辅助频率控制，二次调频控制为自动发电控制频率。

3.如权利要求1所述的基于自抗扰的风力发电机系统的频率控制系统，其特征是，自抗扰控制器包括跟踪微分器TD、扩张状态观测器ESO、非线性误差反馈控制器NLSEF，其中，跟踪微分器TD产生设定值V(t)的跟踪信号和微分信号，扩张状态观测器ESO对受控对象进行实时状态观测，并获得系统扰动的估计动态信号；非线性误差反馈控制器NLSEF用于代替PID控制技术中误差的积分信号。

4.如权利要求1所述的基于自抗扰的风力发电机系统的频率控制系统，其特征是，ACE模块用于输入区域控制偏差。

5.如权利要求1-4任意一项所述基于自抗扰的风力发电机系统的频率控制系统的控制方法，其特征是，风力发电机系统发生扰动时，AFC控制器利用高压直流输电系统短时过载能力和快速有功平衡能力，配合自抗扰控制器调节发电机输出机械功率迅速平衡系统输出和负荷之间的功率，从而实现风力发电机系统频率的控制；包括以下步骤：

步骤1、AFC控制器利用高压直流输电系统功率快速调制和短时过载能力快速平衡其扰动中变化较快的分量，实现风力发电机系统一次调频控制；

步骤2、自抗扰控制器跟踪电网功率波动，调整发电机出力平衡变化较慢的有功功率扰动分量，维持风力发电机系统有功功率平衡，对风力发电机系统进行二次调频控制。

6.如权利要求5所述的基于自抗扰的风力发电机系统的频率控制系统的控制方法，其特征是，所述步骤1中一次调频控制的实现包括：AFC控制器输出ΔI_ord叠加到高压直流输电系统整流侧的调制指令上，利用直流输电短时过载能力和快速功率调制能力，通过改变整流侧的触发角，调整高压直流输电系统的传输功率，实现对风力发电机系统频率的控制。

7.如权利要求6所述的基于自抗扰的风力发电机系统的频率控制系统的控制方法，其特征是，AFC控制器输出端加入一个死区环节，其大小与高压直流输电系统整流侧主控制参数匹配，用于防止AFC控制器误动作导致频率震荡；在AFC控制器中加入第一限幅环节，用于平衡调节能力和安全。