受扰永磁同步风力发电机系统中自抗扰控制策略的研究

摘要

随着新能源技术的不断发展，风力发电作为新型能源供给方式的代表，越来越受到人们的关注，人们对风力发电的安全可靠性，成本，发电效率和发电质量提出了更高的要求。永磁同步风力发电机系统作为一种代表性的发电系统，被广泛应用于现代风力发电行业中。然而风力发电系统是一个非线性、强耦合、多变量的复杂系统，由于风能信号的随机性、时变性，不可控等特点，加上外界环境中干扰造成的影响，传统的控制方式很难理想的控制品质，因而，针对永磁同步风力发电机系统的特性，采用新型的控制技术，设计一种不依赖于系统数学模型、算法简单、抗干扰性能强的先进控制算法，解决风力发电机系统存在的受扰问题、非线性问题以及提高风力发电系统的发电效率成为了风电领域具有挑战性的研究方向。
　　本文针对直驱式永磁同步风力发电机系统抗干扰问题，致力于研究基于自抗扰控制(ADRC)的主动抗干扰控制方法，以提高系统的抗干扰能力。基于对永磁同步风力发电机系统分析的基础上，本文主要进行了以下几方面的研究:
　　(1)直驱式永磁同步风力发电机系统是一种的非线性、强耦合的系统，对此提出一种基于不依赖于数学模型的自抗扰控制(ADRC)方法。首先将系统的内扰包括参数摄动，模型的不确定、控制耦合、未建模动态以及系统外扰一起看成系统的总干扰，然后通过扩张状态观测器(ESO)对系统的总干扰进行估计，再通过前馈补偿的方式消除干扰的影响。但自抗扰控制器中参数众多且难以整定，为此本文对控制器的各个参数进行仿真分析，进一步理解各个参数对控制性能的影响。
　　(2)考虑实际应用中自然风速输入和外界干扰都有极强的随机性，且在系统中将不可避免的存在时延，扩张状态观测器(ESO)对扰动的估计精度将大大降低。针对这一问题，本文在传统的自抗扰(ADRC)控制方法基础上作出部分改进。同时，引入史密斯预估器到自抗扰控制当中来消除在时延在控制系统中影响。仿真结果验证了所提控制方法的有效性。
　　(3)考虑到自抗扰控制器中参数较多，且参数的选取对控制性能有着较大的影响，实际生产实践中参数难以整定，本文结合滑模变结构控制及自抗扰控制，提出一种滑模自抗扰的复合控制系统。将滑模变结构控制引入到速度及电流自抗扰控制器的设计中，通过对控制器中的参数改进，使控制器保持了原自抗扰控制器的特点又使可调参数在切换时平滑过渡，降低了系统抖振，减小了系统的误差，改善了系统控制性能。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 永磁同步电机控制策略研究现状

1．3 本文主要工作和内容安排

第二章 永磁同步风力发电机及风力机建模

2．1 引言

2．2 风力机数学模型

2．2．1 风力机运行模式

2．2．2 风力机特性

2．3 永磁同步风力发电机数学模型

2．3．1 永磁同步电机结构参数定义

2．3．2 永磁同步电机模型中的坐标变换

2．3．3 三相静止坐标系中永磁同步发电机的数学模型

2．3．4 永磁同步发电机在d-q坐标系中的数学模型

2．4 本章小结

第三章 自抗扰控制理论介绍及参数研究

3．1 引言

3．2 标准自抗扰控制方法的基本原理

3．3 自抗扰控制器参数配置研究

3．4 本章小结

第四章 永磁同步风力发电系统中自抗扰控制

4．1 引言

4．2 永磁同步风力发电机系统中的风速模型

4．3 标准自抗扰控制器的设计

4．4 结合史密斯预估器的自抗扰控制器的设计

4．5 仿真研究

4．6 本章小结

第五章 永磁同步风力发电系统中复合控制策略的研究

5．1 引言

5．2 滑模变结构控制原理简介

5．3 滑模自抗扰控制器的设计

5．4 仿真研究

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

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