D0I:10.13374.issn1001-053x.2011.08.022 第33卷第8期 北京科技大学学报 Vol.33 No.8 2011年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2011 双馈感应风力发电机的H。鲁棒控制 范普成王长松王志宇 杨建成 北京科技大学机械工程学院，北京100083 通信作者，E-mail:fanpucheng(@126.com 摘要研究了变速恒频双馈感应风力发电系统的鲁棒控制问题.利用基于定子磁场定向的矢量变换技术，建立了同步旋转 坐标系下双馈感应发电机的状态空间模型，为了降低控制器的阶数以利于工程实现，对该动态数学模型进行了合理简化.针 对最大功率点跟踪控制中建模误差、外部干扰等不确定性的影响，应用H鲁棒控制理论，设计了具有鲁棒干扰抑制作用的电 机转子电压控制器.仿真结果表明，即使在参数变化、未建模动态等不确定因素以及风速突变干扰下，所设计的控制器仍可保 证电机转速很好地跟踪指令值，使风力发电系统最大效率地吸收风能. 关键词风力发电；感应发电机：矢量控制：鲁棒控制：最大功率点跟踪系统 分类号TM315 H robust control for wind power systems based on doubly fed induction genera- tors FAN Pu-cheng,WANG Chang-song,WANG Zhi-yu,YANG Jian-cheng School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:fanpucheng@126.com ABSTRACT The robust control problem was studied for variable speed-constant frequency (VSCF)wind energy conversion systems based on doubly fed induction generators (DFIG).Using vector transformation a state space model of DFIG was established when the synchronous frame was linked to the stator flux.The dynamic model was simplified reasonably to reduce the order of the controller to be actualized easily in fact.Aiming at the influence of modeling error and gust in maximum power points tracing (MPPT)control,a robust rotor voltage controller was designed by using H robust control method,which makes the system have the robust performance of restrai- ning external disturbances.Simulation results validate that the conversion system with the controller proposed above can trace the refer- ence command exactly and achieve the maximum energy from wind even if with the uncertainty of parameter variety and unmodeled dy- namic and external disturbances. KEY WORDS wind power generation:induction generators;vector control:robust control;maximum power point trackers 风能的开发和利用是解决全球变暖和能源危机 对转子电压进行控制，并通过前馈电压补偿器进行 问题的有效途径之一.双馈感应发电机(doubly fed 补偿以实现有功功率和无功功率的解耦控制)： induction generator,DFIG)具有所需变频器容量小、 然而由于双馈发电机模型的线性化过程和参数变化 能够降低变频滤波器和电磁干扰滤波器的成本、系 等带来的不确定性，以及外界运行条件引起的干扰， 统效率高以及功率因数可调等优点，己成为目前大 使得上述控制方法往往不能取得预想的效果. 型变速恒频风力发电机的主流型式-.关于双馈 现代鲁棒控制是定量地分析和综合系统的不确 感应发电机的控制，目前多数文献报道的都是采用 定性及鲁棒性的理论.H,控制理论把控制系统设 基于定子磁场定向的矢量控制技术，通过PI调节器 计问题转换成H范数最小化问题，确定了系统地 收稿日期：201008-10 基金项目：国家留学基金委资助项目(20073020)第 33 卷 第 8 期 2011 年 8 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 8 Aug． 2011 双馈感应风力发电机的 H∞ 鲁棒控制 范普成 王长松 王志宇 杨建成 北京科技大学机械工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: fanpucheng@ 126． com 摘 要 研究了变速恒频双馈感应风力发电系统的鲁棒控制问题． 利用基于定子磁场定向的矢量变换技术，建立了同步旋转 坐标系下双馈感应发电机的状态空间模型，为了降低控制器的阶数以利于工程实现，对该动态数学模型进行了合理简化． 针 对最大功率点跟踪控制中建模误差、外部干扰等不确定性的影响，应用 H∞ 鲁棒控制理论，设计了具有鲁棒干扰抑制作用的电 机转子电压控制器． 仿真结果表明，即使在参数变化、未建模动态等不确定因素以及风速突变干扰下，所设计的控制器仍可保 证电机转速很好地跟踪指令值，使风力发电系统最大效率地吸收风能． 关键词 风力发电; 感应发电机; 矢量控制; 鲁棒控制; 最大功率点跟踪系统 分类号 TM315 H∞ robust control for wind power systems based on doubly fed induction genera￾tors FAN Pu-cheng，WANG Chang-song，WANG Zhi-yu，YANG Jian-cheng School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: fanpucheng@ 126． com ABSTRACT The robust control problem was studied for variable speed-constant frequency ( VSCF) wind energy conversion systems based on doubly fed induction generators ( DFIG) ． Using vector transformation a state space model of DFIG was established when the synchronous frame was linked to the stator flux． The dynamic model was simplified reasonably to reduce the order of the controller to be actualized easily in fact． Aiming at the influence of modeling error and gust in maximum power points tracing ( MPPT) control，a robust rotor voltage controller was designed by using H∞ robust control method，which makes the system have the robust performance of restrai￾ning external disturbances． Simulation results validate that the conversion system with the controller proposed above can trace the refer￾ence command exactly and achieve the maximum energy from wind even if with the uncertainty of parameter variety and unmodeled dy￾namic and external disturbances． KEY WORDS wind power generation; induction generators; vector control; robust control; maximum power point trackers 收稿日期: 2010--08--10 基金项目: 国家留学基金委资助项目( 20073020) 风能的开发和利用是解决全球变暖和能源危机 问题的有效途径之一． 双馈感应发电机( doubly fed induction generator，DFIG) 具有所需变频器容量小、 能够降低变频滤波器和电磁干扰滤波器的成本、系 统效率高以及功率因数可调等优点，已成为目前大 型变速恒频风力发电机的主流型式［1--2］． 关于双馈 感应发电机的控制，目前多数文献报道的都是采用 基于定子磁场定向的矢量控制技术，通过 PI 调节器 对转子电压进行控制，并通过前馈电压补偿器进行 补偿以实现有功功率和无功功率的解耦控制［3--5］; 然而由于双馈发电机模型的线性化过程和参数变化 等带来的不确定性，以及外界运行条件引起的干扰， 使得上述控制方法往往不能取得预想的效果． 现代鲁棒控制是定量地分析和综合系统的不确 定性及鲁棒性的理论． H∞ 控制理论把控制系统设 计问题转换成 H∞ 范数最小化问题，确定了系统地 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.022