变速恒频风力发电系统变桨距自抗扰控制

由于风能的随机性及气动效应的影响，变速恒频风力发电系统具有强非线性，难于实现高精度控制，输出电能质量较差。为了改善系统在恒功率输出运行区域内的动态性能，该文在分析变速恒频风力发电系统变桨距控制研究现状的基础上，基于自抗扰控制理论设计风力发电系统变桨距控制器。建立了风机及变桨距机构模型，以转速为量侧输入设计扩张状态观测器，观测系统状态及风速扰动，利用前馈环节予以补偿；同时，根据状态偏差配置非线性结构，抑制转速偏差。在随机风、阶跃风及阵风作用下对设计的自抗扰控制器进行数字仿真，结果表明基于自抗扰控制理论的变桨距控制器具有良好的动态性能及对风速扰动的鲁捧性，能够有效改善变风力发电系统桨距控制效果，工程实用价值较高。     

大转动惯量风电机组变桨控制技术研究

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,风速变化时机组转速变化较为滞后,使得以转速反馈的变桨控制不够及时,导致高风速段的功率输出波动较大。为了减小风电机组在高风速下输出功率波动,快速稳定转速,在对桨距角变化下的转速特性与气动转矩特性建模和研究的基础上,提出了基于转矩反馈的自抗扰变桨控制策略。设计了线性自抗扰变桨控制器,实时估算机组的气动转矩,利用基于转矩反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并对扰动进行补偿。对基于转矩反馈的线性自抗扰变桨控制进行仿真,结果表明,与基于转速反馈的自抗扰变桨控制相比,基于转矩反馈的自抗扰变桨控制在风速变化时的功率与发电机转速波动更小,调节时间更短,采用线性自抗扰控制器对风力发电机参数依赖较小,在保证控制效果的同时降低了参数整定的难度,有较高的工程实用价值。     

大转动惯量风电机组变桨控制技术研究

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,风速变化时机组转速变化较为滞后,使得以转速反馈的变桨控制不够及时,导致高风速段的功率输出波动较大。为了减小风电机组在高风速下输出功率波动,快速稳定转速,在对桨距角变化下的转速特性与气动转矩特性建模和研究的基础上,提出了基于转矩反馈的自抗扰变桨控制策略。设计了线性自抗扰变桨控制器,实时估算机组的气动转矩,利用基于转矩反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并对扰动进行补偿。对基于转矩反馈的线性自抗扰变桨控制进行仿真,结果表明,与基于转速反馈的自抗扰变桨控制相比,基于转矩反馈的自抗扰变桨控制在风速变化时的功率与发电机转速波动更小,调节时间更短,采用线性自抗扰控制器对风力发电机参数依赖较小,在保证控制效果的同时降低了参数整定的难度,有较高的工程实用价值。     

基于自抗扰控制的伺服系统输出间隙补偿研究

间隙非线性具有多值性和方向性,普遍存在于伺服系统中,可严重影响伺服系统的控制性能。为此,本文采用自抗扰控制器对伺服系统的输出间隙进行补偿,以抑制间隙非线性对系统性能的影响。自抗扰控制器由跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性反馈控制律三部分组成,其中扩张状态观测器可对间隙引起的输出扰动进行估计,非线性反馈控制律则对估计出的扰动进行补偿。与相关研究相比,自抗扰控制器形式简单,易于工程实现,且具有较高的间隙补偿精度。仿真结果表明,上述方法是可行的。     

线性自抗扰控制在倒立摆系统的实现

针对自抗扰控制技术的实际应用以及对单入双出欠驱动系统的控制能力问题,结合自抗扰控制器不依赖系统模型,通过扩张观测器观测系统输入输出状态,估计并补偿系统误差来消除误差的控制特性,提出一种采用双LESO的LADRC控制方法。通过同时观测并估计补偿系统总扰动误差的方法,结合双PD控制器共同作用的控制律,实现对倒立摆系统的稳定控制。仿真实验表明该方法不仅对倒立摆摆杆角度和小车位移都能起到很好的稳定控制效果,同时比传统自抗扰控制器简化了参数调试的问题。实时控制结果更加说明了该方法的有效性及良好的鲁棒性。     

基于系统输出带有噪声的自抗扰控制器

自抗扰控制器并不依赖于生成扰动的具体的数学模型,它从某种意义上来说,是通用而实用的控制器。对于实际系统,在输出的量测环节中不可避免的会引入噪声,当系统输出被噪声污染时,自抗扰控制器的控制精度并不令人满意,闭环系统甚至不稳定,需要先滤波处理量测数据,但滤波后信号的幅值、相位与系统的真实输出有较大差别,若以此作为系统的输出,则必然会造成较大的误差。基于扩张状态观测器可以对不确定系统中的内外扰动进行观测的机理,构造出了积分扩张状态观测器,可以处理量测环节带有噪声干扰时的情况,并以此为基础构成积分型自抗扰控制器。通过仿真表明,该方法可以有效的解决输出噪声对自抗扰控制系统的影响。     

基于微分前馈自抗扰的逆变器控制策略

传统的自抗扰控制主要针对阶跃信号进行快速和无静差跟踪,而逆变器的输出为周期性信号,导致传统自抗扰控制的逆变器存在较大跟踪误差,使得自抗扰控制在逆变器上的应用受限。文中将逆变器的已知模型加入控制器中,系统未建模动态及外部扰动视为总扰动并加以抑制。常规的模型补偿自抗扰控制器虽然能实现较好的波形质量,但是存在较大的稳态误差,文中对稳态误差存在的原因进行了理论分析,提出微分前馈的自抗扰控制策略以减小逆变器的稳态误差。通过内模控制器等效法,对基于微分前馈自抗扰的逆变器进行稳定性分析。仿真与实验结果验证了所提方法的有效性。     

风力发电机组变桨距线性自抗扰控制

利用线性自抗扰控制在处理系统内部摄动和外部扰动方面的优势,设计变桨距控制系统的线性自抗扰控制器,所设计的线性自抗扰控制器能够保证风电机组在额定风速以上的不同风速段均有较好的控制效果。将该方法应用于1台300 kW的变桨距风电机组进行仿真研究,仿真结果表明该方法在不同风速段均能够有效地缩短调节时间,减小系统超调量,且算法简单、调试容易。     

基于改进自抗扰控制的三电机同步系统研究

为了实现三电机系统的速度与张力精确解耦和扰动补偿,提出了一种基于改进的自抗扰控制器在三电机同步系统中的控制方法,该控制器在非线性状态误差反馈中引入类似积分增益环节,进一步提高了系统的动、稳态性能。通过设计三个自抗扰控制器,分别对速度环和两个张力环进行控制,实现了速度与张力之间的精确解耦,并且将系统的内扰、外扰以及速度张力之间的耦合影响当作系统的总扰动,对总扰动进行实时观测和补偿。仿真结果验证了本文所提出的改进自抗扰控制方法比传统的自抗扰控制方法在三电机同步系统中具有更好的动、稳态性能和鲁棒性。     

大型风电机组自抗扰转速控制

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,因此在风速变化时机组转速不能快速地跟踪最大功率点。为了提高风电机组在低风速下对风能的利用率,提出自抗扰转速控制策略。利用基于转速反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并采用扰动补偿的方法,将风电机组等效为一阶线性系统。基于自抗扰控制原理设计了系统的转速控制器。实时估计出机组捕获的机械功率并计算出转速给定值,采用转速控制器直接对转速进行控制。仿真结果表明,与采用传统的功率控制策略的机组相比,自抗扰转速控制策略在风速变化时对最大功率点的跟踪速度要快,机组对风能的捕获效率得到了提高,同时对风力机的参数依赖性小。     

基于二阶线性自抗扰的风电并网逆变器电压控制

为了提高直驱永磁风电并网逆变器直流侧电压的稳定,设计了一种二阶线性自抗扰(LADRC)的并网逆变器电压控制器。建立了三相PWM电压源型并网逆变器的数学模型,分析了其传统的双闭环PI控制方式,在此基础上设计了二阶LADRC控制器来代替传统的电压外环PI控制器,目的是使直流侧电压快速稳定,减小波动。分析了电压外环二阶LADRC控制器的设计原理,最后通过在Matlab/Simulink搭建1.5 MW直驱永磁风力发电机组仿真验证所设计控制器的有效性。结果表明,相对于传统的控制方式,所设计的二阶LADRC控制器电压的稳定速度更快,并网电流的总谐波畸变率(THD)更小。即使在电网电压发生扰动时,也能有一个良好的控制性能,提高了直流侧电压的抗干扰能力。     

风速前馈与变论域模糊结合的变桨距控制

针对传统PID变桨距控制难以在大惯性、强耦合的风力发电机组中取得较好的控制效果,提出了一种风速前馈的变论域模糊变桨距控制方法。根据功率误差及其变化率,通过模糊推理得到输入与输出论域的伸缩因子,避免了确定伸缩因子函数模型及其参数的困难;又采用风速前馈的方式实现桨距角的动态补偿,提高了系统的响应速度。仿真结果表明:当风速超过额定风速时,所提方法能使风力发电机组的转速更加稳定、输出功率更加平稳。     

基于模糊控制的风力发电系统变桨距控制器的设计

在介绍和对比了国内外风力发电技术的研究和应用状况的基础上,以获得最大风能捕获为目的,提出了风力发电系统变桨距控制器的设计。针对风力发电系统数学模型复杂,受参数变化和外部干扰严重,具有非线性、时变、强耦合的特点,将模糊控制引入到风力发电控制系统中,用模糊控制器作为变桨距系统的控制器,在风速高于额定风速的情况下,根据风速的变化调整桨叶节距角,从而调节发电机的输出功率,使风力发电机组的输出功率保持稳定。最后,利用Simulink构建整个控制系统,对系统进行Matlab仿真。结果表明,使用模糊控制变桨距控制器的风力发电系统确实具有更好的动态性能、收敛速度和静态误差,从而为今后进一步研究奠定了一定的基础。     

Load Frequency Control of Power Systems with Governor Deadband (GDB) Non-linearity

Load frequency control of power systems with a governor deadband (GDB) is studied in the paper. The effects of GDB on the linear active disturbance rejection controller (LADRC) are analyzed first. It is shown that the limit cycle can be avoided by reducing the controller and/or observer bandwidth. However, the disturbance rejection performance will be degraded. To maintain the performance of the original LADRC controller, two anti-GDB schemes are proposed. One is based on the observer structure of active disturbance rejection control, which utilizes the output of the governor to reconstruct the input to the system in order to correctly estimate the controller states. Another is based on the error between the realistic output of the governor and its ideal value which is fed back and added to the output of the original LADRC. Simulation results on a single-area and a two-area power system with the GDB show that the two schemes are effective in reducing the limit cycle caused by the GDB. The observer-based anti-GDB has some limitations in practical implementation and performance, while the error-compensation-based scheme is simple to implement and can approximate the disturbance rejection performance of the original LADRC.     

永磁直线同步电机的改进线性自抗扰控制

在永磁直线同步电机（PMLSM）的运动控制系统中,提出一种位置环的改进线性自抗扰控制（ILADRC）方法。相对于传统的线性自抗扰控制（LADRC）,ILADRC仅利用线性扩张状态观测器输出的位置估计信号,通过PD控制器计算初始控制量,避免了引入速度估计信号的滞后影响。对PMLSM运行过程中受到的总扰动通过线性扩张状态观测器进行实时估计,并在控制律中进行动态补偿。利用李雅普诺夫函数方法证明了闭环误差系统的渐近稳定性。通过系统辨识得到了PMLSM平台的传递函数模型,在MATLAB中进行了仿真分析,并搭建了基于dSPACE控制器的实验系统。实验结果表明,相比于PID和LADRC,ILADRC能够有效减小跟踪误差,降低超调,且具有更好的扰动抑制能力。     

基于改进型LADRC的STATCOM抑制双馈风电场次同步振荡策略

针对双馈风电场经串联补偿线路送出引发的次同步振荡问题,提出了一种基于改进型线性自抗扰控制(LADRC)的静止同步补偿器(STATCOM),实现对系统次同步振荡的抑制。LADRC设计时考虑延时因素,在控制计算中消除由信号测量、传输等延时导致的输入量之间时间轴上的不匹配。基于改进型LADRC设计了STATCOM的附加阻尼控制器、电压外环、电流内环控制器以及锁相环,使STATCOM为系统提供正阻尼,同时增强控制系统的速动性和抗干扰能力,以适应次同步振荡工况,并从阻抗角度分析了STATCOM抑制次同步振荡的作用机理。在MATLAB/Simulink中搭建了系统的时域仿真模型,实验结果证实了所提出的抑制策略在动态性能和抗干扰方面的优越性。     

基于一阶LADRC控制的直驱风机次同步振荡抑制策略

针对直驱式风电机组接入弱交流电网诱发次同步振荡 (subsynchronous oscillation, SSO) 问题,提出一阶线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control, LADRC)策略抑制该现象,从而提高系统稳定性。首先,建立直驱式风电机组的并网数学模型,分析次同步振荡频率扰动分量的传播机理;然后,进行一阶LADRC电流内环控制器设计以及参数优化整定,分析表明：控制器对于次同步频率扰动分量有较强的抑制作用。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件,建立传统PI和一阶LADRC控制的直驱式风电机组电磁暂态仿真模型。结果表明：所提方法能够阻断次同步频率扰动分量传播,有效抑制SSO。     

额定风速以下风力发电系统的双频环优化控制器设计

分别针对低频风速和高频风速建立风力发电系统的双频环基本非线性模型,在此基础上设计双频环优化控制器。该控制器由低频On-Off控制部分和高频H∞动态输出反馈部分组成。仿真实验表明,在额定风速以下时,该控制器低频On-Off部分可以使风力发电系统的叶尖速比λ快速跟踪其最优值λopt,实现最大风能捕获;高频H∞动态输出反馈部分可以抑制过大的电磁转矩振荡,尽量使发电机机械振荡最小,相对于单纯的On-Off控制具有更高的控制精度和更好的鲁棒性能;并且风力发电系统的多个控制目标之间需要进行折衷处理。     

高风速下风电提水系统控制方法的研究

针对变频调速型风电提水系统在高风速条件下可能出现的风机转速过快、输出电压过高并导致控制器和负载设备损坏的现象,提出了串联制动控制方法,保证系统在高叶尖速比区域稳定与安全运行.通过计算机仿真,比较新方法与传统并联制动控制方法的控制特性,并搭建实验平台,验证控制系统的有效性.仿真和实验结果表明,采用新方法的系统有效运行风速...     

永磁同步电机自抗扰控制系统设计及扩张状态观测器参数特性分析

针对传统永磁同步电机矢量控制系统采用的 PI速度控制算法存在参数鲁棒性差 抗干扰能力弱等问题, 提出了一种基千一阶线性自抗扰控制( LADRC) 速度控制器的永磁同步电机矢量控制方案。 分析了线性扩展状态观测器 ( LESO) 的跟踪收敛性能和噪声滤波性能。 然后总结了 LESO的带宽参数设置规则。 最后通过仿真验证了 LADRC速度控制器的性能和 LESO带宽参数设置规则的有效性。