技术摘要：
一种消除逆变器直流母线电压纹波的实现方法，属于新能源发电并网技术与电力电子技术领域。包括以下步骤：步骤A、直驱永磁风力发电机组仿真模型；步骤B、线性二阶自抗扰控制器的详细概述；步骤C、建立直驱永磁风力发电机组变流器DC/AC的数学模型，并根据系统模型建立改  全部
背景技术：
) 全功率变流器中通常采用母线电压外环、电流内环双闭环结构来实现功率转换及 稳定母线电压。当系统受到扰动(如高频噪声、网侧故障、机侧扰动及负荷突变)时，在故障 期间会引起网侧变流器输出与机侧变流器输出的不平衡，使直流侧母线电压产生纹波，从 而导致变流器无法完成解耦运行，甚至损伤硬件结构。 在传统的二阶线性自抗扰控制中并未考虑母线电压滤波结构的影响，由于存在量 化误差等原因，计算得到的直流侧母线电压会存在测量噪声，经一阶惯性环节滤波后仍会 造成反馈信号与真实系统输出幅值相位的差异，从而影响控制器输出，进而降低系统性能。 目前已出现针对高频噪声抑制的方法主要有： 1.采用卡尔曼滤波器对被控系统的测量信号进行滤波，使降阶的扩张状态观测器 具有较高的观测精度，但此滤波算法计算量较大，影响其收敛速度。 2.采用积分扩张状态观测器，可处理掺杂噪声的量测信号，并以此构造出积分型 自抗扰控制器，但此种方法易出现积分饱和的现象。 3.采用超螺旋算法的鲁棒微分器，可对输入信号进行滤波，而其收敛速度较依赖 于控制参数的选取，且未给出参数整定规则。 然而，以上各方法均无法实现反馈信号真实反映被控系统的实际输出，从而影响 自抗扰控制器的控制效果。 四、发明目的 本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种有效消除因滤波结构引起的逆变器 直流母线电压纹波的实现方法。 五、本申请的技术方案 为了达到上述目的，本发明提供了一种基于改进自抗扰控制器的逆变器直流侧母 线电压控制方法，其特征在于，至少包括以下步骤： 步骤A、构建直驱永磁风力发电机组仿真模型； 步骤B、线性二阶自抗扰控制器的详细概述； 步骤C、建立直驱永磁风力发电机组变流器DC/AC的数学模型，并根据系统模型建 立改进的线性二阶自抗扰控制器； 步骤D、仿真分析 进一步的，所述的改进的线性二阶自抗扰控制器是基于改进的扩张状态观测器 (extended  state  observer,ESO)的自抗扰控制。 进一步的，所述的改进自抗扰控制器的逆变器系统是将改进的线性二阶自抗扰控 3 CN 111614118 A 说　明　书 2/5 页 制器应用在直驱永磁风力发电机组逆变器模块中，将其中的逆变器模型转换为线性自抗扰 控制器所需要的标准积分器串联型，从而利用改进的线性二阶自抗扰控制器将被控系统的 不确定性，未建模动态及未知外扰一并给与估计和补偿。 进一步的，所述的仿真分析是基于改进的线性二阶自抗扰控制，建立了两相旋转 坐标系下电压、电流空间矢量的直驱永磁风力发电机组逆变器系统模型。 进一步的，步骤B中线性二阶自抗扰控制器(见图3)是一种鲁棒控制，是把对象模 型的不确定性当作系统的内扰，它和系统的外扰均被看成系统的总扰动，而通过线性扩张 状态观测器对系统中包括内扰和外扰的总扰动综合作用进行估计和补偿。 进一步的，所述改进的线性二阶自抗扰控制器是由改进的线性四阶扩张状态观测 器(见图5)、线性组合及扰动补偿环节三部分构成；其中改进的线性四阶扩张状态观测器通 过系统输入输出来估计系统状态和系统的总扰动，其中线性组合利用输入与状态估计之间 误差的线性组合通过扰动补偿环节来生成控制信号。 进一步的，改进的线性四阶扩张状态观测器将通过一阶惯性环节滤波的信号扩张 成新的状态变量，由引入惯性环节的改进线性扩张状态观测器对滤波前的母线电压进行估 计并反馈。
技术实现要素：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 实施例 图1为直驱永磁风力发电机组逆变器系统结构示意图。其主回路主要由三相交流 电源、滤波结构、变流模块和直流侧母线电容四部分构成。变流模块采用由IGBT模块构成的 电压型SVPWM逆变器。各参数为：额定功率1.5MW，网侧线电压690V，直流母线电压1070V，直 流母线电容值240μF，网侧滤波电感0.12mH，网侧滤波电阻0.942Ω。 本发明基于线性二阶自抗扰控制器的直驱永磁风力发电机组逆变器控制方法(见 图2)。步骤A中的直驱永磁风力发电机组的动态数学模型是一个非线性、强耦合的多变量系 统。。建立三相全桥电压源型逆变器的数学模型是对其进行理论分析的基础，是设计合理的 控制参数的前提。为了简化模型，方便研究，做如下假设： (1)滤波电感为线性的，不考虑饱和；滤波电容为理想电容，忽略寄生电感和寄生 电阻； (2)所有开关器件均为理想器件，忽略死区时间； (3)开关频率远大于输出电压频率，在相邻几个开关周期内输入电压和输出电压 均保持不变； 由于DC/AC变流器存在开关元件，传统建模利用开关特性建模，而对于LADRC控制 器具有估计并消除系统扰动的特性，不需要知道系统精确数学模型的特性，可采用占空比 的方式建模： 根据图1的AC/DC等效模型电路图，由电路的基尔霍夫定律，可以得到PWM变流器的 4 CN 111614118 A 说　明　书 3/5 页 a、b、c三相坐标系下的状态方程： 采用式(1)的三相静止坐标系进行变流器的间接电流控制，是无法实现电流无静 差控制和优良的动静态性能的。因此，为得到更好的控制效果，需采用同步旋转坐标系电流 控制，即将式(1)变换到d-q坐标系下，可得微分状态方程为: 由式(2)可知：d轴与q轴变量互相耦合，会给控制系统设计带来一定的困难。为此 可采用自抗扰控制策略，将具有耦合的量当做扰动进行处理。 选取系统直流侧母线电压为状态变量x1，将逆变器侧电压Ud作为控制量u，将总扰 动ω(t)扩张为一个新的状态变量x3，假设扰动变化缓慢，即在一个采样周期内为定值，滤 波器设计为一阶惯性环节，其截止频率为ωc或者滤波时间常数为T，可得逆变器系统的状 态方程与输出方程： 自抗扰控制的逆变器系统结构框图如图4所示。 本发明采用双闭环控制结构，电压外环采用改进的线性二阶自抗扰控制，根据直 流侧母线电压差迅速进行调节，补偿总扰动，稳定输出为电流内环提供参考值；电流内环采 用传统PI控制方式，以提升电流响应的快速性。当系统存在来自外部或内部扰动时，可能会 5 CN 111614118 A 说　明　书 4/5 页 引起并网冲击电流，改进的线性二阶自抗扰控制器具有较强的抗干扰能力  (主要包括网侧 的低频干扰与观测噪声)，可以对扰动信号进行估计和补偿，具有较短的暂态过程，可为直 驱永磁风力发电系统的安全运行提供保障。 为消除滤波环节对系统性能的影响，设计改进的线性四阶扩张状态观测器对系统 (3)进行状态观测，数学模型如公式(4)所示，结构框图如图5所示。 参见附图6，逆变器闭环系统测量噪声到输出的频域特性，可知一阶惯性环节时间 常数的变化并不会影响系统对测量噪声的抑制性能。 根据极点配置方法，对改进的线性四阶扩张状态观测器做如下配置： 通过数模转换采样得到电压ua、ub、uc，电流ia、ib、ic，经过  3s/2r变换将逆变器 的系统变量在三相静止坐标系中变换到两相同步旋转d-q坐标系中，得到d轴和q轴的分量 ed、eq、id、iq。直流电压给定值与反馈值(或直流电流给定值和反馈值)的差值通过PI调节 器控制；中间直流电压udc与参考直流电压udcref进行比较，并根据不同状态进行自抗扰控 制；通过电网调度指令给定有功功率P和无功功率Q的大小，再根据瞬时无功率理论计算得 到有功电流和无功电流大小作为控制器参考值；最后通过SVPWM的空间矢量调制算法，即可 生成相应6路驱动脉冲控制IGBT的通断，最终将机侧功率输送到网侧。 本发明步骤D中的仿真分析是基于改进的线性二阶自抗扰控制，利用MATLAB/ SIMULINK对直驱永磁风力发电机组逆变器在不同惯性时间常数下作了对比仿真(如图6、图 7所示)。仿真结果表明改进系统消除了因滤波结构引起的逆变器直流母线电压纹波，且具 有较好的抗干扰性能。 应当明确的是，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示， 按本发明构思所做出的显而易见的改进和修饰都应该在本发明的保护范围之内。 六、技术效果 对于直驱永磁风力发电机组逆变器系统，，以往大量的研究都在PI控制，传统PI控 制具有不依赖模型的优点，但其控制存在快速性与超调之间的矛盾。为解决这一问题，采用 了线性二阶自抗扰控制技术，该控制器在简化控制系统的同时与传统PI控制器相比：①克 服了一般PID控制系统超调较大的缺欠，有效地解决了参数时变对系统解耦性能的影响以 及控制系统存在的快速性与平稳性矛盾；②线性二阶自抗扰控制器不依赖于被控系统的具 6 CN 111614118 A 说　明　书 5/5 页 体数学模型并对内外扰有较强的抗扰能力。采用改进的线性二阶自抗扰控制技术，该控制 器与传统线性二阶自抗扰控制器相比：消除了因一阶惯性滤波结构引起的逆变器直流母线 电压纹波。将改进的自抗扰控制器结构应用于并网逆变器，实验仿真结果表明，改进后的 LADRC控制系统在观测噪声扰动和电网侧电压故障情况下具有较强的抗干扰性能。 附图说明 图1为直驱永磁风力发电机组逆变器系统结构示意图； 图2为直驱永磁风力发电机组逆变器系统DC/AC控制策略示意图； 图3为线性二阶自抗扰控制器结构图； 图4为线性二阶自抗扰控制系统结构框图； 图5为改进的线性四阶扩张状态观测器结构框图； 图6为逆变器闭环系统测量噪声到输出的频域特性； 图7为传统系统与改进系统的母线电压波形比较。 7 CN 111614118 A 说　明　书　附　图 1/4 页 图1 图2 图3 8 CN 111614118 A 说　明　书　附　图 2/4 页 图4 图5 图6 9 CN 111614118 A 说　明　书　附　图 3/4 页 10 CN 111614118 A 说　明　书　附　图 4/4 页 图7 11