本发明专利技术公开了一种基于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。本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。 本专利技术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，1^、11(]；3、11(11、11(]1分别是双馈电机定子和转子电压（(1，9)轴分量 ；〇1是工频角 速度；1&、'、1&、^分别为双馈电机定子和转子电流（4 0轴分量；1^、1^分别是定子和转 子电阻；P是微分算子；W1-C^是旋转两相（d，q)坐标系相对转子的角速度； 磁链方程： 其中，itds、itqs、Φ&、分别是双馈电机定子和转子磁链的d、q轴分量；L ni为 (d, q)的定、转子间的互感；1^为（d, q)的定子每相的全自感；，L 为（d, q)的转子每相的全 自感； 将式⑵代入式⑴得： 运动和转矩方程： 在同步旋转坐标系下，运动方程如下： Te= npLm(iqsidr-idsi qr) (4) 其中，Te为电磁转矩；η p为电机的极对数；Lni为定子与转子间的互感；i ds、iqs、it、 分别为双馈电机定子和转子电流（d，q)轴分量； 步骤2，根据双馈电机在旋转坐标系下的数学模型，设计双馈电机的扩张状态观测 器参数为： 其中，Z1为双馈电机定子侧有功功率Pi的观测值，^为对双馈电机定自测有功功 率观测值的导数；22为a(t)扰动的观测值为对扰动观测值的导数；fal ( ε，a，〇 )为状 态观测器的非线性函数；kphS系数；Lni为定子与转子间的互感；Ls为定子每相全自感；ζ· 是双馈电机转子电流q轴分量的参考值；Pn双馈电机额定功率；Φ s为定子磁链幅值；J为双 馈电机转动惯量； 扰动方程如下：依据系统在定子磁链定向矢量控制下的数学模型，设计负载转矩 为扰动暈：(6) 其中，IY为负载转矩；为电磁转矩；J为双馈电机转动惯量；ω为双馈电机转速；(7) 其中，IY为负载转矩；为电磁转矩；J为双馈电机转动惯量；ω为双馈电机转速， ^为双馈电机转速的微分（即转速变化率）；Ρ η双馈电机额定功率；Φ s为定子磁链幅值；Lni 为定子与转子间的互感；Ls为定子每相全自感；i v是双馈电机转子电流q轴分量； 由式（6)和式（7)得到电机转速方程：( 8 ) 其中，ω为双馈电机转速，&为双馈电机转速的微分（即转速变化率）；!；为负载 转矩；J为双馈电机转动惯量；Ρη双馈电机额定功率；Φ s为定子磁链幅值；Lni为定子与转子 间的互感；Ls为定子每相全自感；i v是双馈电机转子电流q轴分量； 其中DFIG系统在定子磁链定向矢量控制下的磁链方程如下：(9) 其中，Φ ds、Φ qs分别为定子磁链（d，q)轴分量；Φ s为定子磁链幅值；Lni为定子与转 子间的互感；Ls为定子每相全自感；i ds、iqs、it、分别是双馈电机定子和转子电流（d, q) 轴分量； 结合公式⑶和（9)，得：1:0 ) 令系统扰动关 ，控制量为广则式（10)化简为： ,qr.i^il) 步骤3,确定切换函数： 定义双馈异步电机的积分变结构控制器的状态变量为定子有功功率和无功功率 的参考值和实际值的差值： 其中，Sps、sQs为积分变结构控制器的状态变量;P S、QS、if、这分别为定子有功功 率和无功功率的实际值和参考值； 在滑模面中引入状态积分项，根据积分变结构的理论和设计步骤，定义滑模面 为： 其中，Sp 82为设置的滑模面；c r C2为常数；e J τ )、e2( τ )为误差函数； 步骤4,确定变结构控制参数： 根据误差在有限时间内到达并保持在滑模面上这一要求，即满足滑模面与其微分 的乘积小于零，定义变结构控制为： u = ueq+usw+ubc (14) 其中，u为变结构控制参数；Ueq为滑模等效控制量；u sw为滑模切换量； 然后，取 Usw= fsign(s)，代入式（14)，得： 其中，ub。为扰动补偿量，即为由扩张状态观测器中的Z2观测出的系统的扰动 a(t)； 得到变结构控制参数u，完成控制方法的确定。 本专利技术的有益效果是，基于ESO的双馈风力发电系统积分滑模控制器的控制方 法，采用扩张状态观测器作为滑模控制器的前馈补偿，降低传统控制器对电机参数的依赖 性，减小滑模控制器为了抑制系统扰动所需要的切换增益，从而减小滑模控制器的控制量 输出抖振和系统转速波动削弱滑膜控制存在的抖振问题，减小双馈风力当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于ESO的双馈风力发电系统积分滑模控制器的控制方法，其特征在于，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：udsuqsudruqr=-Rs0000-Rs0000-Rs0000-Rs·idsiqsidriqr+pψdsψqsψdrψqr·0-ω100-ω1000000-(ω1-ωr)00ω1-ω10·ψdsψqsψdrψqr---(1)]]>其中，uds、uqs、udr、uqr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；ids、iqs、idr、iqr分别为双馈电机定子和转子电流(d,q)轴分量；Rs、Rr分别是定子和转子电阻；p是微分算子；ω1‑ωr是旋转两相(d,q)坐标系相对转子的角速度；磁链方程：ψdsψqsψdrψqr=-Ls0Lm00-Ls0Lm-Lm0-Lr00-Lm0-Lr·idsiqsidriqr---(2)]]>其中，ψds、ψqs、ψdr、ψqr分别是双馈电机定子和转子磁链的d、q轴分量；Lm为(d,q)的定、转子间的互感；Ls为(d,q)的定子每相的全自感；,Lr为(d,q)的转子每相的全自感；将式(2)代入式(1)得：udsuqsudruqr=-Rs-Lspω1LsLmp-ω1Lm-ω1Ls-Rs-Lspω1LmLmp-Lmp(ω1-ωr)LmRr+Lrp-(ω1-ωr)Lr-(ω1-ωr)Lm-Lmp(ω1-ωr)LrRr+Lrp·idsiqsidriqr---(3)]]>运动和转矩方程：在同步旋转坐标系下，运动方程如下：Te＝npLm(iqsidr‑idsiqr) (4)其中，Te为电磁转矩；np为电机的极对数；Lm为定子与转子间的互感；ids、iqs、idr、iqr分别为双馈电机定子和转子电流(d,q)轴分量；步骤2，根据双馈电机在旋转坐标系下的数学模型，设计双馈电机的扩张状态观测器参数为：z·1=z2-k1fal(ϵ,a,σ)+PnψsLmJLsiqr*z·2=-k2fal(ϵ,a,σ)ϵ=z1-p*---(5)]]>其中，z1为双馈电机定子侧有功功率p*的观测值，为对双馈电机定自测有功功率观测值的导数；z2为a(t)扰动的观测值，为对扰动观测值的导数；fal(ε,a,σ)为状态观测器的非线性函数；k1、k2为系数；Lm为定子与转子间的互感；Ls为定子每相全自感；是双馈电机转子电流q轴分量的参考值；Pn双馈电机额定功率；ψs为定子磁链幅值；J为双馈电机转动惯量；扰动方程如下：依据系统在定子磁链定向矢量控制下的数学模型，设计负载转矩为扰动量：TL=Te-Jdωdt---(6)]]>其中，TL为负载转矩；Te为电磁转矩；J为双馈电机转动惯量；ω为双馈电机转速；TL=PnψsLmLsiqr-Jω·---(7)]]>其中，TL为负载转矩；Te为电磁转矩；J为双馈电机转动惯量；ω为双馈电机转速，为双馈电机转速的微分(即转速变化率)；Pn双馈电机额定功率；ψs为定子磁链幅值；Lm为定子与转子间的互感；Ls为定子每相全自感；iqr是双馈电机转子电流q轴分量；由式(6)和式(7)得到电机转速方程：ω·=PnψsLmJLsiqr-TLJ---(8)]]>其中，ω为双馈电机转速，为双馈电机转速的微分(即转速变化率)；TL为负载转矩；J为双馈电机转动惯量；Pn双馈电机额定功率；ψs为定子磁链幅值；Lm为定子与转子间的互感；Ls为定子每相全自感；iqr是双馈电机转子电流q轴分量；其中DFIG系统在定子磁链定向矢量控制下的磁链方程如下：{ψds=ψs=Lsids-Lmidrψqs=0=Lsiqs-Lmidi---(9)]]>其中，ψds、ψqs分别为定子磁链(d,q)轴分量；ψs为定子磁链幅值；Lm为定子与转子间的互感；Ls为定子每相全自感；ids、iqs、idr、iqr分别是双馈电机定子和转子电流(d,q)轴分量；结合公式(8)和(9)，得：ω·=PnψsLmJLsiqr*+PnψsLm...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李生民，陆梦云，韩钊，王季龙，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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