[发明专利]一种矢量控制永磁同步风力发电系统转速环自抗扰调节器

说明书

本发明提出一种矢量控制永磁同步风力发电系统转速环自抗扰调节器，包括跟踪微分器、扩张状态观测器及非线性误差反馈控制律；所述跟踪微分器、扩张状态观测器及非线性误差反馈控制律分别采用一种结合抗抖振因子函数的改进型fal函数，称为Gfal函数，Gfal函数既具有“小误差大增益、大误差小增益”的快速收敛特性，又可提高自抗扰控制器的抗抖振性能，从而克服了风力发电系统转速响应速度和超调性之间的矛盾，缓和用不能连续变化的发电机转速去跟随不连续变化的风机转速阶跃给定的矛盾，提高了风力发电系统在不同风速下的工作稳定性和所发电能质量。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体地说是涉及一种矢量控制永磁同步风力发电系统转速环自抗扰调节器。

背景技术

永磁同步电机的控制技术中，矢量控制具有控制灵活、工作效率高等优点，因而获得了广泛应用。矢量控制系统中，自抗扰调节是一种可以估计并补偿不确定因素的控制技术，它具有不依赖于系统模型、使用灵活等优点。目前，自抗扰控制技术已经广泛地应用于电机控制、电力系统等各个领域，具有比传统PI调节器更好的鲁棒性能和动态性能。自抗扰调节器的关键部分是fal函数，传统fal函数在用于自抗扰调节器时对于不同的情况适应性较差，即抗抖振性能较差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种矢量控制永磁同步风力发电系统转速环自抗扰调节器，克服了风力发电系统转速响应速度和超调性之间的矛盾，缓和用不能连续变化的发电机转速去跟随不连续变化的风机转速阶跃给定的矛盾，提高了风力发电系统在不同风速下的工作稳定性和所发电能质量。

技术方案：本发明提出一种矢量控制永磁同步风力发电系统转速环自抗扰调节器，包括自抗扰调节模块；所述自抗扰调节模块由跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性误差反馈控制律三部分组成；

所述跟踪微分器采用一阶Gfal函数构造，其表达式为：

式(1)中：Gfal函数为非线性函数，为经过跟踪微分器求出的一阶导数跟踪信号，ω*为跟踪微分器输出信号，a₁为跟踪微分器中表征Gfal函数非线性强度的参数，δ₁为跟踪微分器中表征Gfal函数线性区间大小的参数；k₁为系统参数，决定系统对量测信号的追踪过程。

所述Gfal函数是包含抗抖振因子函数的改进型fal函数，其表达式为：

式(2)中：x为输入信号，a为表征Gfal函数非线性强度的参数，δ为表征Gfal函数线性区间大小的参数，G(x)为抗抖振因子函数，其表达式为：

式(3)中：v为抖振因子，且v0。

进一步，所述扩张状态观测器状态方程为：

式(4)中：x₁为电机转速ω，x₂为新增状态变量f_ω，u为电机转矩电流i_q，

新增状态变量f_ω表达式为：

式(5)中：T_m为风机机械转矩，B为转动的粘滞系数，J为发电机转动惯量，ω为转子转速，b为转矩系数，b₀代表转矩系数b的近似值，为选取的系数，转矩系数b表达式为：

式(6)中：p为电机极对数，ψ_f为转子永磁体磁链；