1.一种直驱永磁同步风力发电系统,其特征在于,所述系统包括:
风机叶片,将捕获的风能转化为机械能,带动永磁同步电机PMSG旋转;
PMSG,与风机叶片直接相连,将机械能转化为电能;
机侧换流器,换流器件为全控型器件IGBT,采用三相桥电路进行SVPWM整流,用于把PMSG输出的变压变频的交流电转换为直流电;
电容器,为机侧换流器和网侧换流器提供直流电压支撑;
网侧换流器,换流器件为全控型器件IGBT,采用三相桥电路进行SVPWM逆变,用于把直流电转换为恒压恒频的交流电,进行并网;
电网,用于吸收永磁同步风力发电系统发出的电能。
2.如权利要求1所述的直驱永磁同步风力发电系统,其特征在于,控制所述机侧换流器的控制系统包括速度环控制模块和电流环控制模块,速度环控制模块包括位置和速度检测单元和ADRC转速控制单元,所述位置和速度检测单元用来实时检测PMSG的实际转子位置和实际转速;所述ADRC转速控制单元以检测到的PMSG的实际转速和给定参考转速作为输入产生定子电流q轴分量参考值。电流环控制模块包括ADRC电流控制单元和坐标变换单元,所述ADRC电流控制单元包含两个ADRC,其中一个以速度环ADRC单元输出的定子电流q轴分量参考值和实际的定子电流q轴分量作为输入,产生定子电压q轴分量参考值,另一个以定子电流d轴分量和实际的定子电流d轴分量作为输入产生定子电压d轴分量参考值;所述坐标变换单元包含三相静止坐标系到两相旋转坐标系的坐标变换abc/dq和两相旋转坐标系到两相静止坐标系的坐标变换dq/αβ;所述ADRC都包括跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈单元,其中跟踪微分器根据被控对象的承受能力合理地为输入信号安排过渡过程,得到其跟踪信号;扩张状态观测器实时估计出PMSG的实际转速或电流的跟踪值和发电系统所受总扰动估计值;非线性状态误差反馈单元利用非线性函数将总扰动估计值和跟踪信号之间的状态误差转化为初始控制量。
3.一种如权利要求1所述的直驱永磁同步风力发电系统的全自抗扰控制方法,其特征在于,该方法采用转子磁场定向的双闭环矢量控制策略,外环为速度环,内环为电流环,双环皆采用自抗扰控制器,步骤如下:(1)为了实现最大风能捕获,根据功率反馈法,由风机的实际功率值可得此功率下的发电机的最佳转速值,以该值作为速度外环的给定转速ω*;
(2)以给定转速ω*和实际转速ω作为速度环的ADRC的输入信号,其输出信号为定子电流q轴分量参考值(3)实时采集机侧换流器三相交流电流ia,ib,ic,经过三相静止坐标系到两相旋转坐标系的坐标变换abc/dq,得到两相旋转坐标系下定子电流d轴分量id和q轴分量iq;
(4)以定子电流q轴分量参考值 和实际定子电流q轴分量iq作为电流环中一个ADRC的输入信号,其输出信号为定子电压q轴分量参考值(5)令定子电流d轴分量参考值 以定子电流d轴分量参考值 和实际定子电流d轴分量id作为电流环中另一个ADRC的输入信号,其输出信号为定子电压d轴分量参考值(6) 和 经过两相旋转坐标系到两相静止坐标系的坐标变换(dq/αβ)输出两相静止坐标系下uα、uβ;
(7)uα、uβ采用电压空间矢量调制SVPWM方法,输出6路PWM控制机侧换流器运行。
4.如权利要求3所述的一种直驱永磁同步风力发电系统的全自抗扰控制方法,其特征在于,所述速度环的ADRC中,跟踪微分器TD以给定转速ω*作为输入信号,以ω*的跟踪信号v1作为输出信号,设计的TD数学模型如下:e1=v1-ω*
其中r1为速度因子,决定跟踪的速度。
5.如权利要求3所述的一种直驱永磁同步风力发电系统的全自抗扰控制方法,其特征在于,所述速度环的ADRC中,扩张状态观测器ESO以实际转速ω和控制量 作为输入信号,输出信号为ω的跟踪值z1及系统所受总扰动估计值z2,设计的ESO数学模型如下:e2=z1-ω
其中β1、β2是ESO的系数,b1=3npiqψf/J,np为永磁同步电机极对数,iq为实际定子电流q轴分量,ψf为转子永磁体磁链。
6.如权利要求3所述的一种直驱永磁同步风力发电系统的全自抗扰控制方法,其特征在于,所述速度环的ADRC中,非线性状态误差反馈NLSEF根据给定转速ω*的跟踪信号v1和实际转速ω的跟踪值z1以及系统所受总扰动估计值z2,设计的NLSEF数学模型如下:e3=v1-z1
u0=k1e3
其中,u0为初步控制量,k1为NLSEF的系数,u1为最终控制量,即
7.如权利要求3所述的一种直驱永磁同步风力发电系统的全自抗扰控制方法,其特征在于,所述电流环的ADRC中,跟踪微分器(TD)以定子电流q或d轴分量参考值 或 作为输入信号,以 或 的跟踪信号v2作为输出信号,设计的TD数学模型如下:(或 )
其中r2为电流因子,决定跟踪的速度。
8.如权利要求3所述的一种直驱永磁同步风力发电系统的全自抗扰控制方法,其特征在于,所述电流环的ADRC中,扩张状态观测器ESO以实际定子电流q或d轴分量iq或id和控制量 或 作为输入信号,输出信号为iq或id的跟踪值z3及系统所受总扰动估计值z4,设计的ESO数学模型如下:e5=z3-iq(或id)
其中β3、β4是ESO的系数,b2=1/L,L为定子绕组的电感。
9.如权利要求3所述的一种直驱永磁同步风力发电系统的全自抗扰控制方法,其特征在于,所述电流环的ADRC中,非线性状态误差反馈NLSEF根据定子电流q或d轴分量参考值或 的跟踪信号v2和实际定子电流q或d轴分量iq或id的跟踪值z3以及系统所受总扰动估计值z4设计的NLSEF数学模型如下:e6=v2-z3
u2=k2e6
其中,u2为初步控制量,k2为NLSEF的系数,u3为最终控制量,即 或