[发明专利]双馈感应风电机组非线性分数阶自抗扰阻尼控制方法

摘要

本发明是一种双馈感应风电机组非线性分数阶自抗扰阻尼控制方法，其特点是，包括建立含双馈感应风电机组的多机系统数学模型；通过微分同胚映射构建含分数阶系统的数学模型；通过设计自抗扰控制中的扩张状态观测器对预控变量中含有的系统参数和状态变量进行补偿；分数阶自抗扰控制律的选取等内容。能够有效的改善双馈感应风电机组电网的阻尼水平；有效估计模型误差和外部不确定扰动，并利用反馈线性化消除误差，有效增强双馈感应风电机组的功率振荡抑制能力，且减少附加设备的投入，提高电网运行的效益。具有科学合理、简单有效、鲁棒性较强、且工程应用价值高等优点。

主权项

一种双馈感应风电机组非线性分数阶自抗扰阻尼控制方法，其特征是，它包括以下步骤：1)建立含双馈感应风电机组(Doubly Fed Induction Generators),缩写DFIG的多机系统数学模型；δ·i=ωi-ω0ω·i=ω02Hi(Pmi-Pei)-Di2Hi(ωi-ω0)Pei=(A1+A2A4-1A3)PeB1+A2A4-1Pwi---(1)]]>其中：δi为第i台发电机的功角，ωi为第i台发电机的角速度，ω0为第i台发电机的额定角速度，为第i台发电机的角速度导数，Hi为第i台发电机的惯性时间常数，Pmi为第i台发电机的机械功率，Pei为第i台发电机的电磁功率，Di为第i台发电机的阻尼系数，PeB1为网络中节点发电机的电磁功率，Pwi为网络中第i台风机的有功功率，A1，A2，A3，A4为网络参数分块矩阵；2)通过微分同胚映射构建含分数阶系统的数学模型；选取参考状态变量为：e=[Δδ1,Δω1,ω·1,...,Δδj,Δωj,ω·j,...,Δδn,Δωn,ω·n],j=1,2,...,n---(2)]]>其中e为参考状态变量，△δj为第j台同步发电机的功角变化量，△ωj为第j台同步发电机的角速度变化量，为第j台同步发电机的角速度导数,n为发电机台数；进行微分同胚映射，定义如下：p1=ciΣi=1lei,j+kiD-μΣi=1lei,j,j=1,...,np2=p·1=ci(Δδ·j+Δω·j+ω··j)-μkiD-μ(Δδ·j+Δω·j+ω··j)=ci(Δδ·j+Δω·j+fj(x)+gj(x)u)-μkiD-μ(Δδ·j+Δω·j+fj(x)+gj(x)u)=a+du---(3)]]>其中：p1，p2为映射后的状态变量，ci，ki为比例系数，l为e包含变量的个数，n为发电机台数，D‑μ为分数阶微积分算子，μ为分数阶微积分算子系数，别为p1，Δδj，Δωj一阶导数，为第j台同步发电机角速度二阶导数；u为控制输入，gj(x)为的控制输入u的系数部分，fj(x)为的非控制输入部分，d为p2的控制输入u的系数部分，a为p2的非控制输入部分；3)通过设计自抗扰控制(Auto Disturbance Rejection Controller),缩写ADRC中的扩张状态观测器(Extended State Observer),缩写ESO对预控变量p2中含有的系统参数和状态变量进行补偿；构造二阶ESO估计系统中包含的许多参数和状态变量，具体表达式如下：λ=m1-p1m·1=m2-β01fal(m1-p1,α1,δ)+b0um·2=-β02fal(m1-p1,α2,δ)---(4)]]>其中：λ，α1，α2，δ为控制变量；m1，m2为扩张变量，fal为非线性函数，β01，β02为比例系数，b0为控制输入系数；不确定性因素通过可调参数m2，β01，β02，δ动态补偿；非线性函数定义如下：fal(λ,α,δ)λδ1-α,|λ|≤δ|λ|αsign(λ),|λ|>δ---(5)]]>其中：λ，α，δ为控制变量，sign为符号函数；4)分数阶自抗扰Fractional order‑Auto Disturbance Rejection Controller，缩写FADRC控制律的选取；在ESO反馈线性化后，设计一阶系统的非线性状态误差反馈律(Nonlinear State Error Feedback),缩写NLSEF数学模型为：λ1=-m1u0=β1fal(λ1,a3,δ)u′=(u0-m2)/b0---(6)]]>其中：λ1，α3为控制变量，β1为比例系数，u0为非线性状态误差反馈律，u’为控制律，得到最终的控制律即为：u′=-m2-u0b0---(7).]]>