无刷双馈风力发电系统抗扰动控制研究

该成果主要聚焦无刷双馈电机在海上风力发电中的高性能抗扰动控制，包括抗内扰和抗外扰运行，主要包含三部分的内容，分别是参数鲁棒控制、无位置传感器控制和非理想电网下的控制，如图 1 所示。

图 1：成果内容介绍

首先所提方法对电机参数变化具有较强的鲁棒性，在电机参数发生变化的情况下仍能保持良好的控制效果。实验中的测试结果如图 2 所示。传统方法在互感参数变化时，有功无功均会出现不同程度的跟踪误差，而且控制绕组电流的幅值也会相应变化；而所提方法能够一直保持无差跟踪，控制效果基本不受互感参数变化的影响。

图 2：电机互感参数不匹配时不同控制方法的实验结果

其次，所提方法不需要位置传感器提供的转速和位置信息，通过调整参考模型和可调模型之间的误差来估计电机实时的转速和位置，其在升速过程中的实验结果如图 3 所示。当转速发生变化时，所提方法的功率跟踪效果不受影响，功率绕组电流畸变率无明显变化；估计的转速能够快速准确跟踪实际值，位置误差维持在固定范围内，不受转速变化而变化。

最后，在非理想电网下，所提方法能够根据不同的需求实现不同的控制目标，并且能够保持较强的参数鲁棒性。以其中一个控制目标（控制绕组电流正弦对称）为例，电网电压同时出现畸变和不平衡，实验结果如图 4 所示，可以看出传统方法在非理想电网下功率绕组电流和控制绕组电流均会出现严重的畸变，影响发电质量；而所提方法能够较好实现控制目标，功率绕组电流谐波也有明显减少，显著提高了控制效果。

图 3：所提无位置方法在转速变化下的实验结果

图 4：畸变且不平衡电网条件下不同控制方法的实验结果

图 5：级联式无刷双馈机组

图 6：风力发电实验平台

创新点

1、提出了鲁棒预测控制方法，其在稳态和动态性能上都有良好的表现。改变控制器中的电机参数时，控制效果不受影响；而改变实际的电机参数时，功率在出现跟踪误差后能快速消除静差。

2、改进了基于控制侧电流的模型参考自适应无位置控制方法。改进后的方法计算简单，估计的信息仍有很高的准确度。将其与所提鲁棒预测控制相结合后，在电机参数变化的情况下，仍可以实现快速无差的功率跟踪。

3、研究了畸变电网下的控制方法，降低了位置观测中的波动，当电机参数变化时，所提方法不仅能分别实现四种控制目标，也能有效抑制电机参数变化的扰动，实现非理想电网下对无刷双馈电机的无位置鲁棒预测控制。