[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

说明书

本发明涉及电子电路设计技术，具体涉及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，该系统包括AGC控制系统和HVDC系统；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。该控制系统的抗扰动能力优于基于PID控制技术的交直流电力系统频率控制抗扰动能力，能较好地抑制风电出力引起的频率波动。并且能完全满足风电出力引起交直流电力系统频率扰动问题中对频率稳定性控制的要求。

技术领域

本发明属于电子电路设计技术领域，尤其涉及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。

背景技术

近年来，随着控制技术在电网系统中应用发展，具有扰动估计及补偿能力的自抗扰控制技术作为风电辅助频率控制具有一定的优势，其由安排过渡过程装置的跟踪微分器、提取系统状态信息和扰动总和信息的扩张状态跟踪测量装置扩展状态观测器、用状态误差信息来产生非线性误差反馈控制量的装置非线性误差反馈控制器和依据扰动估计值对系统进行扰动补偿而生成最终控制量的补偿装置构成，综合了经典控制PID自身的优势，并对其劣势进行改进，能更好的控制系统，达到更好控制效果。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种优于PID控制技术的交直流电力系统频率控制抗扰动能力，能较好地抑制风电出力引起的频率波动的频率控制系统。

本发明的目的之二是提供一种基于自抗扰控制技术的惯性响应，基于AFC控制技术的高压直流输电辅助频率控制的一次调频技术，基于自抗扰控制器的自动发电控制频率控制的二次调频技术的频率控制方法。

为实现上述第一个目的，本发明采用的技术方案是：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；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。

在上述的基于自抗扰的风力发电机系统的频率控制系统中，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。

在上述的基于自抗扰的风力发电机系统的频率控制系统中，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。

在上述的基于自抗扰的风力发电机系统的频率控制系统中，ACE模块用于输入区域控制偏差。

为实现上述第二个目的，本发明采用的技术方案：一种基于自抗扰的风力发电机系统的频率控制方法，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。