本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)運行和控制領(lǐng)域，是一種雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組非線性分數(shù)階自抗擾阻尼控制方法，應(yīng)用于含雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組的互聯(lián)電網(wǎng)阻尼控制。

背景技術(shù)：
隨著全國電網(wǎng)互聯(lián)，極易引起電力系統(tǒng)功率振蕩，嚴重影響功率輸送和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。特別是近年來風(fēng)電技術(shù)的快速發(fā)展，雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組(DoublyFedInductionGenerators,DFIG)已得到廣泛應(yīng)用，使得互聯(lián)電網(wǎng)特性更為復(fù)雜。所以含DFIG的互聯(lián)電網(wǎng)阻尼控制是一個值得關(guān)注的問題。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生功率振蕩時，如果不能有效抑制振蕩將嚴重影響電網(wǎng)安全運行，而DFIG的隨機性也必然會加劇系統(tǒng)振蕩的擴大，后果嚴重。所以如果能夠利用現(xiàn)有系統(tǒng)中的并網(wǎng)DFIG為電網(wǎng)功率振蕩提供阻尼控制，將為互聯(lián)電網(wǎng)的功率振蕩抑制提供新的途徑。因此，擾動期間使DFIG具有阻尼抑制能力變得極為重要。目前，在提高和改善含DFIG電網(wǎng)阻尼控制方面主要有兩類方法：一種是使用硬件設(shè)備，如配置附加儲能設(shè)備平抑振蕩，但增加了附加成本，運行及維護具有一定難度；另一種是傳統(tǒng)控制策略的改進。例如傳統(tǒng)DFIG阻尼控制器設(shè)計還多利用基于PI控制的PSS環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)簡單、易于應(yīng)用。但含DFIG電網(wǎng)是典型的不確定性參數(shù)和強非線性時變系統(tǒng)，系統(tǒng)的運行條件時刻改變，因此傳統(tǒng)PI控制器很難滿足要求。但上述方法普遍存在投資大、控制策略對參數(shù)魯棒性不強，實現(xiàn)較為困難等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是，針對含雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組互聯(lián)電網(wǎng)，提供一種計算簡單、結(jié)果準(zhǔn)確、易于實現(xiàn)且工程應(yīng)用價值高，能夠提高雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組的效率，改善含雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組互聯(lián)電網(wǎng)的阻尼水平的雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組非線性分數(shù)階自抗擾阻尼控制方法。本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組非線性分數(shù)階自抗擾阻尼控制方法，其特征是，它包括以下步驟：1)建立含雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組(DoublyFedInductionGenerators),縮寫DFIG的多機系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；其中：δi為第i臺發(fā)電機的功角，ωi為第i臺發(fā)電機的角速度，ω0為第i臺發(fā)電機的額定角速度，為第i臺發(fā)電機的角速度導(dǎo)數(shù)，Hi為第i臺發(fā)電機的慣性時間常數(shù)，Pmi為第i臺發(fā)電機的機械功率，Pei為第i臺發(fā)電機的電磁功率，Di為第i臺發(fā)電機的阻尼系數(shù)，PeB1為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點發(fā)電機的電磁功率，Pwi為網(wǎng)絡(luò)中第i臺風(fēng)機的有功功率，A1，A2，A3，A4為網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分塊矩陣；2)通過微分同胚映射構(gòu)建含分數(shù)階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；選取參考狀態(tài)變量為：其中e為參考狀態(tài)變量，△δj為第j臺同步發(fā)電機的功角變化量，△ωj為第j臺同步發(fā)電機的角速度變化量，為第j臺同步發(fā)電機的角速度導(dǎo)數(shù),n為發(fā)電機臺數(shù)；進行微分同胚映射，定義如下：其中：p1，p2為映射后的狀態(tài)變量，ci，ki為比例系數(shù)，l為e包含變量的個數(shù)，n為發(fā)電機臺數(shù)，D-μ為分數(shù)階微積分算子，μ為分數(shù)階微積分算子系數(shù)，別為p1，Δδj，Δωj一階導(dǎo)數(shù)，為第j臺同步發(fā)電機角速度二階導(dǎo)數(shù)；u為控制輸入，gj(x)為的控制輸入u的系數(shù)部分，fj(x)為的非控制輸入部分，d為p2的控制輸入u的系數(shù)部分，a為p2的非控制輸入部分；3)通過設(shè)計自抗擾控制(AutoDisturbanceRejectionController),縮寫ADRC中的擴張狀態(tài)觀測器(ExtendedStateObserver),縮寫ESO對預(yù)控變量p2中含有的系統(tǒng)參數(shù)和狀態(tài)變量進行補償；構(gòu)造二階ESO估計系統(tǒng)中包含的許多參數(shù)和狀態(tài)變量，具體表達式如下：其中：λ，α1，α2，δ為控制變量；m1，m2為擴張變量，fal為非線性函數(shù)，β01，β02為比例系數(shù)，b0為控制輸入系數(shù)；不確定性因素通過可調(diào)參數(shù)m2，β01，β02，δ動態(tài)補償；非線性函數(shù)定義如下：其中：λ，α，δ為控制變量，sign為符號函數(shù)；4)分數(shù)階自抗擾Fractionalorder-AutoDisturbanceRejectionController，縮寫FADRC控制律的選??；在ESO反饋線性化后，設(shè)計一階系統(tǒng)的非線性狀態(tài)誤差反饋律(NonlinearStateErrorFeedback),縮寫NLSEF數(shù)學(xué)模型為：其中：λ1，α3為控制變量，β1為比例系數(shù)，u0為非線性狀態(tài)誤差反饋律，u’為控制律，得到最終的控制律即為：本發(fā)明的雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組非線性分數(shù)階自抗擾阻尼控制方法，能夠有效的改善雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組電網(wǎng)的阻尼水平；能夠有效估計模型誤差和外部不確定擾動，并利用反饋線性化消除誤差，有效增強DFIG的功率振蕩抑制能力，且減少附加設(shè)備的投入，提高電網(wǎng)運行的效益。具有科學(xué)合理、簡單有效、魯棒性較強、且工程應(yīng)用價值高等優(yōu)點。附圖說明圖1是含風(fēng)機4機系統(tǒng)接線圖；圖2是并網(wǎng)雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組阻尼控制方法設(shè)計框圖；圖3是分數(shù)階自抗擾DFIG控制框圖；圖4是基于分數(shù)階自抗擾DFIG控制策略流程圖；圖5是大擾動下不同控制策略對比的聯(lián)絡(luò)線有功功率圖；圖6是大擾動下不同控制策略對比的發(fā)電機G3的有功功率圖；圖7是大擾動下不同控制策略對比的雙饋感應(yīng)風(fēng)機電磁轉(zhuǎn)矩圖；圖8是大擾動下不同控制策略對比的雙饋感應(yīng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速圖。具體實施方式本發(fā)明的一種雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組非線性分數(shù)階自抗擾阻尼控制方法，包括以下步驟：1)建立含雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組(DoublyFedInductionGenerators),縮寫DFIG的多機系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；其中：δi為第i臺發(fā)電機的功角，ωi為第i臺發(fā)電機的角速度，ω0為第i臺發(fā)電機的額定角速度，為第i臺發(fā)電機的角速度導(dǎo)數(shù)，Hi為第i臺發(fā)電機的慣性時間常數(shù)，Pmi為第i臺發(fā)電機的機械功率，Pei為第i臺發(fā)電機的電磁功率，Di為第i臺發(fā)電機的阻尼系數(shù)，PeB1為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點發(fā)電機的電磁功率，Pwi為網(wǎng)絡(luò)中第i臺風(fēng)機的有功功率，A1，A2，A3，A4為網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分塊矩陣；2)通過微分同胚映射構(gòu)建含分數(shù)階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；選取參考狀態(tài)變量為：其中e為參考狀態(tài)變量，△δj為第j臺同步發(fā)電機的功角變化量，△ωj為第j臺同步發(fā)電機的角速度變化量，為第j臺同步發(fā)電機的角速度導(dǎo)數(shù),n為發(fā)電機臺數(shù)；進行微分同胚映射，定義如下：其中：p1，p2為映射后的狀態(tài)變量，ci，ki為比例系數(shù)，l為e包含變量的個數(shù)，n為發(fā)電機臺數(shù)，D-μ為分數(shù)階微積分算子，μ為分數(shù)階微積分算子系數(shù)，別為p1，Δδj，Δωj一階導(dǎo)數(shù)，為第j臺同步發(fā)電機角速度二階導(dǎo)數(shù)；u為控制輸入，gj(x)為的控制輸入u的系數(shù)部分，fj(x)為的非控制輸入部分，d為p2的控制輸入u的系數(shù)部分，a為p2的非控制輸入部分；3)通過設(shè)計自抗擾控制(AutoDisturbanceRejectionController),縮寫ADRC中的擴張狀態(tài)觀測器(ExtendedStateObserver),縮寫ESO對預(yù)控變量p2中含有的系統(tǒng)參數(shù)和狀態(tài)變量進行補償；構(gòu)造二階ESO估計系統(tǒng)中包含的許多參數(shù)和狀態(tài)變量，具體表達式如下：其中：λ，α1，α2，δ為控制變量；m1，m2為擴張變量，fal為非線性函數(shù)，β01，β02為比例系數(shù)，b0為控制輸入系數(shù)；不確定性因素通過可調(diào)參數(shù)m2，β01，β02，δ動態(tài)補償；非線性函數(shù)定義如下：其中：λ，α，δ為控制變量，sign為符號函數(shù)；4)分數(shù)階自抗擾Fractionalorder-AutoDisturbanceRejectionController，縮寫FADRC控制律的選??；在ESO反饋線性化后，設(shè)計一階系統(tǒng)的非線性狀態(tài)誤差反饋律(NonlinearStateErrorFeedback),縮寫NLSEF數(shù)學(xué)模型為：其中：λ1，α3為控制變量，β1為比例系數(shù)，u0為非線性狀態(tài)誤差反饋律，u’為控制律，得到最終的控制律即為：具體實例：以圖1所示含風(fēng)電的4機兩區(qū)域系統(tǒng)，并在母線3處并入由10臺1.5MW雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組構(gòu)成的風(fēng)電場為例進行實例分析。其中并網(wǎng)雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組阻尼控制設(shè)計框圖如圖2所示。在分數(shù)階自抗擾DFIG控制器設(shè)計中，主要設(shè)計非線性誤差反饋律和ESO。DFIG阻尼控制環(huán)節(jié)接入無功功率控制環(huán)節(jié)，分數(shù)階自抗擾DFIG阻尼控制中的控制結(jié)構(gòu)如圖3所示。設(shè)計流程如圖4所示?？紤]大擾動三相短路下不同控制策略比較。假設(shè)聯(lián)絡(luò)線母線101處1s發(fā)生三相短路故障，故障持續(xù)0.2s。當(dāng)控制環(huán)節(jié)接入DFIG無功功率控制環(huán)節(jié)時，無附加阻尼控制，分數(shù)階自抗擾DFIG控制和常規(guī)PSS控制3種情況下系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線功率，G3發(fā)電機有功功率，雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組電磁轉(zhuǎn)矩，風(fēng)機轉(zhuǎn)速，如圖5～8所示。由圖5～8可知，分數(shù)階自抗擾DFIG控制作用下區(qū)間聯(lián)絡(luò)線和同步機有功功率的振蕩得到了有效抑制。有功功率恢復(fù)平滑，調(diào)整時間短，能夠快速恢復(fù)到平穩(wěn)狀態(tài)。相比于傳統(tǒng)基于PI的PSS控制，本發(fā)明提出的分數(shù)階自抗擾控制方法能夠有效控制系統(tǒng)功率振蕩，同時該控制方法作用下電網(wǎng)故障時減少了風(fēng)機電磁轉(zhuǎn)矩和風(fēng)機轉(zhuǎn)速劇烈變化,有效地減小了對風(fēng)電機組轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)機械應(yīng)力的沖擊,也延長機械系統(tǒng)的工作壽命。故障時，增強了阻尼控制能力，改善了風(fēng)機并網(wǎng)運行能力和穩(wěn)定性。經(jīng)過不同方法計算比較和實例仿真驗證表明，本發(fā)明的雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組非線性分數(shù)階自抗擾阻尼控制方法是高效且實用的。