专利名称：基于等价补偿自抗扰的发电机转子电流控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电机的控制方法及系统装置，具体来说涉及一种风力发电领域中的风力发电机转子电流控制方法及系统装置，是一种基于等价补偿自抗扰控制 (Equivalent Compensat ion AutoDisturbance Rejection Control,ECADRC)的发电机转子电流控制方法及系统装置。
背景技术：
根据机电能量转换环节所采用的形式，变速风力发电机组可分为双馈机组和全功率变流机组两大类，其中全功率变流机组的变流器容量与机组容量相等或略高于机组容量，而双馈机组的变流器容量则仅为机组容量的30% 50%。由于具有较显著的成本优势，双馈机组目前已成为风电行业的主流机型。作为机组的核心部件，双馈风力发电机的运行状况和控制方法决定着整个系统的性能、效率和输出电能质量。然而双馈发电机是一个高阶、非线性、强耦合的系统，针对该系统的控制设计具有较大难度，并且在实际运行过程中外部扰动很难事先确定，电机参数也会发生变化，对系统的控制性能造成直接影响。针对这些问题，有些文献提出采用自抗扰控制方法来解决，标准自抗扰控制器主要由三部分组成跟踪微分器(Tracking Differentiator，TD)，扩张状态观测器(Extended State Observer, ES0)和非线性状态误差反馈控制律(Nonlinear State Error Feedback Law, NSEFL)。跟踪微分器的作用是安排过渡过程，给出合理的控制信号，解决了响应速度与超调之间的矛盾。扩张状态观测器用来解决模型未知部分和外部未知扰动综合对控制对象的影响。虽然叫做扩张状态观测器， 但与普通的状态观测器不同。扩张状态观测器设计了一个扩张的状态量来跟踪模型未知部分和外部未知扰动的影响。然后给出控制量补偿这些扰动。将控制对象变为普通的积分串联型控制对象。设计扩张状态观测器的目的就是观测扩张出来的状态变量，用来估计未知扰动和控制对象未建模部分，实现动态系统的反馈线性化，将控制对象变为积分串联型。非线性误差反馈控制律给出被控对象的控制策略。目前检索到的相关专利和研究文章有[1]周雪松，问虎龙等，一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制系统 (专利申请号200910228077)；[2]张先勇，吴捷，杨金明，基于自抗扰解耦的变速恒频风力发电功率控制系统，电气传动，2007，37 O) 8-11 ；[3]马幼捷，于阳，周雪松等，基于自抗扰控制技术的无刷双馈风力发电机解耦方法，CN 101977010A ；[4]马幼捷，王新志，周雪松等，基于双DSP的自抗扰励磁控制装置，CN 201039069Y ；[5]李季，马幼捷等，风电系统中双馈发电机组的控制，华东电力，2010，38 O) 289-291 ο上述文献提出的方法在思路上大致可分为两类，一类是将标准自抗扰控制器直接应用于控制系统，其控制原理如
图1所示，第二类是根据应用的特点对标准自抗扰控制器进行适当简化，实质都是将系统模型的不确定性和外部扰动作为综合扰动项，利用扩张状态观测器进行观测并补偿到系统当中，达到抗扰的目的，但实施的前提是能保证ESO的观测误差有界，否则会对系统的稳定性造成严重影响。此外，仅采用ESO对综合扰动进行估计，不考虑系统已知信息，容易导致估计收敛速度变慢，给系统的正常控制带来延时，影响系统的动态性能。因此很有必要对此加以改进。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种基于等价补偿自抗扰的发电机转子电流控制方法及系统装置，在保证系统渐进稳定的前提下，缩小需要估计的扰动范围，提高双馈风力发电机转子电流控制的稳态和瞬态性能，从而加强风力发电系统的稳定性和可靠性。本发明采用的技术方案是基于等价补偿自抗扰的发电机转子电流控制方法，其特征在于，至少包括以下步骤步骤一采用投影修正优化状态观测器对转子电流反馈信号仁进行观测，给出相应的全阶状态反馈Z1和对汇总不确定性的估计h，其中汇总不确定性是指外部扰动、系统未建模动态和参数摄动作用的汇总；步骤二 根据Z1、定子电流is、滑差角频率ω Sl和双馈发电机参数计算等价补偿控制项Uec ；步骤三将转子电流指令信号<和状态观测值Z1之间的误差通过非线性状态误差反馈控制环节，结合h与％。得到转子电压控制信号<。步骤四根据转子电压控制信号<，由硬件控制模块对转子侧变流器进行控制。上述步骤一中的投影修正优化状态观测器按照如下方程设计 PMOSO
eP=Zl~lr
dzx dt
dz2 _
Z2- β,βρ+bul+uEC fal(e,a,5) =
= Projzi [~β2/α (eP,αΡ,δΡ)] sgn(e),\e\> δ,
权利要求
1.基于等价补偿自抗扰的发电机转子电流控制方法，其特征在于，至少包括以下步骤步骤一采用投影修正优化状态观测器对转子电流反馈信号^进行观测，给出相应的全阶状态反馈Z1和对汇总不确定性的估计h，其中汇总不确定性是指外部扰动、系统未建模动态和参数摄动作用的汇总；步骤二 根据Z1、定子电流is、滑差角频率Osi和双馈发电机参数计算等价补偿控制项Uec ；步骤三将转子电流指令信号^和状态观测值Z1之间的误差通过非线性状态误差反馈控制环节，结合h与1 得到转子电压控制信号< ；步骤四根据转子电压控制信号<，由硬件控制模块对转子侧变流器进行控制。
2.根据权利要求1所述基于等价补偿自抗扰的双馈风力发电机转子电流控制方法，其特征在于，步骤一中的投影修正优化状态观测器按照如下方程设计
3.根据权利要求1所述基于等价补偿自抗扰的双馈风力发电机转子电流控制方法，其特征在于，步骤二中的等价补偿控制项按如下表达式计算
4.根据权利要求1所述基于等价补偿自抗扰的双馈风力发电机转子电流控制方法，其特征在于，步骤三中的非线性状态误差反馈控制律按如下方程实现
5.根据权利要求1所述基于等价补偿自抗扰的发电机转子电流控制方法，其特征在于，所述步骤四中，转子电压控制指令<，经过DSP的坐标变换运算模块和PWM发生器，输出到PWM驱动电路，最后得到IGBT控制信号，控制转子侧变流器运行。
6.基于上述转子电流控制方法的控制系统，其特征在于，包括驱动模块、控制模块和 PC机，所述驱动模块用于为双馈风力发电机提供电能来源，所述控制模块用于监控所述双馈风力发电机的工作状态，并对驱动模块进行控制，所述PC机与所述控制模块通信，主要实现程序调试、数据分析以及图形显示等功能。
7.根据权利要求6所述控制系统，其特征在于，所述驱动模块包括直流环节、转子侧变流器、双馈风力发电机和脉冲编码器；所述控制模块包括DSP、电流检测电路、电压检测电路、位置检测电路和PWM驱动电路。
8.根据权利要求7所述控制系统，其特征在于，所述直流环节连接所述转子侧变流器， 所述转子侧变流器输出接双馈风力发电机，所述双馈风力发电机通过所述脉冲编码器连接所述位置检测电路，所述位置检测电路输出至所述DSP，所述电压、电流检测电路连接所述双馈风力发电机并输出至所述DSP，所述DSP连接所述PWM驱动电路，所述PWM驱动电路控制所述转子侧变流器的IGBT的通断。
全文摘要
本发明公开了一种基于等价补偿自抗扰(ECADRC)的发电机转子电流控制方法及系统，利用投影修正优化状态观测器确保系统对时变不确定项的观测误差有界，并对系统的未建模动态及外部扰动进行估计并实时补偿，采用带有线性区间的状态误差反馈控制律，通过等价补偿控制将系统已知信息作为补偿条件缩小估计范围，加快估计收敛速度。采用该方法能在保证系统稳定的前提下，有效改善风力发电系统在不同运行条件下的稳态和瞬态性能。
文档编号H02P21/13GK102386832SQ20111037171
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者万宇宾, 佘岳, 刘志星, 宋建秀, 张劲松, 张玉仕, 曹国荣, 王立鹏, 罗梅红, 胡婵娟, 蒋耀生, 郭知彼 申请人:南车株洲电力机车研究所有限公司