1.一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;
其特征在于:
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v>0。
2.根据权利要求1所述的矢量控制永磁同步风力发电系统转速环自抗扰调节器,其特征在于: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fω,u为电机转矩电流iq,新增状态变量fω表达式为:式(5)中:Tm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,ψf为转子永磁体磁链;
式(5)所示新增状态变量fω除包含系统的输出变量,即电机转速ω外,还包括了系统的各项扰动,如外界干扰、转矩系数b取值不准确产生的误差等等。
将式(4)中新增状态变量fω用Gfal函数来实现,扩张状态观测器中设计的非线性状态观测器方程为:式(7)中, 为转子转速ω的观测量, 为新增状态变量fω的观测量,k2、k3为系统参数,决定系统对观测量的追踪过程,a2为扩张状态观测器中Gfal函数非线性强度参数;δ2为表征Gfal函数线性区间大小的参数。
3.根据权利要求2所述的矢量控制永磁同步风力发电系统转速环自抗扰调节器,其特征在于:所述非线性误差反馈控制律对跟踪微分器输出的转速给定值ω*和扩张状态观测器输出的转速状态量观测值 之间的误差用一阶非线性反馈控制律产生所需的控制量u0,并对扰动量进行前馈补偿,一阶非线性反馈控制律非线性误差反馈控制律为:式(8)中,k4、a3、δ3分别为非线性误差反馈控制律中Gfal函数的系统参数、非线性强度参数与线性区间大小参数;
前馈补偿后得到的转矩电流给定值iq*为:
4.根据权利要求3所述的矢量控制永磁同步风力发电系统转速环自抗扰调节器,其特征在于:还包括风力机最大功率跟踪模块和电机转速测量模块;所述的风力机最大功率跟踪模块输出风力机获得最大功率所需要的转速,作为电机转速的设定值ωset,电机转速测量模块实时测得电机转速ω;所述自抗扰调节模块对电机转速设定值ωset和实际值ω之间的偏差进行非线性自抗扰调节和前馈补偿处理,最终得到需要控制的电机转矩电流给定值iq*。