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风电变流技术 储能系统 ★ 5.0

基于级联扩张状态观测器的主动抗扰控制在抽水风筝发电系统中的鲁棒直流链路电压控制

Active Disturbance Rejection Control With a Cascaded Extended State Observer for Pumping Kite Generator Systems Robust DC-Link Voltage Control

作者 Mouaad Belguedri · Yassine Amirat · Abdeldjabar Benrabah · Farid Khoucha · Mohamed Benbouzid · Khelifa Benmansour
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2024年10月
技术分类 风电变流技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 风筝抽水发电系统 直流母线电压调节 自抗扰控制 复合干扰 仿真验证
语言:

中文摘要

抽水风筝发电系统(PKGS)通过利用风筝捕获更强且更稳定的高空风,为风力发电提供了一种开创性的解决方案。在这类系统中,直流母线电压调节对于确保高效的能量生成和可靠的电网接入至关重要。然而,PKGS独特的运行特性,包括发电阶段的周期性扰动和过渡阶段的突发扰动,给传统控制策略带来了重大挑战。本文提出了一种专门为PKGS应用量身定制的增强型自抗扰控制(ADRC)方法。通过将级联扩张状态观测器(CESO)与已知扰动补偿相结合,所开发的控制方法克服了传统ADRC和积分 - 比例(IP)控制器在处理多方面扰动时的局限性。仿真和硬件在环研究验证了所提出的ADRC策略,与IP控制和经典ADRC公式相比,该策略在直流母线电压调节精度、响应时间和鲁棒性方面表现更优。

English Abstract

Pumping Kite Generator Systems (PKGS) offer a pioneering solution for wind power generation by harnessing stronger and steadier high-altitude winds using kites. DC-link voltage regulation is crucial in such systems to ensure efficient energy generation and reliable grid integration. However, the unique operating characteristics of PKGS, including periodic disturbances during generation phases and sudden disturbances in transition phases, pose significant challenges to traditional control strategies. This paper proposes an enhanced active disturbance rejection control (ADRC) methodology tailored explicitly for PKGS applications. By integrating a cascaded extended state observer (CESO) with known disturbance compensation, the developed control approach mitigates the limitations of conventional ADRC and integral-proportional (IP) controllers in handling multifaceted disturbances. Simulation and hardware-in-the-loop studies validate the proposed ADRC strategy, demonstrating superior DC-link voltage regulation accuracy, response time, and robustness compared to IP control and classical ADRC formulations.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项针对风筝发电系统的自抗扰控制技术虽然应用场景较为前沿,但其核心控制策略对我司现有产品线具有重要的技术借鉴价值。

该论文提出的级联扩张状态观测器(CESO)与已知扰动补偿相结合的控制方法,本质上解决了新能源系统中DC-link电压在面对周期性扰动和突发扰动时的鲁棒控制问题。这与阳光电源光伏逆变器和储能变流器所面临的技术挑战高度契合。在光伏系统中,云层遮挡导致的功率波动、储能系统充放电切换时的冲击,以及微电网场景下的负载突变,都属于类似的多源扰动问题。

从技术迁移角度分析,该ADRC方法相比传统IP控制展现出更优的动态响应和抗扰性能,这对提升我司逆变器产品在弱电网环境下的适应能力具有直接价值。特别是在大规模储能系统中,DC母线电压的精确稳定控制直接影响系统效率和电网友好性,级联观测器架构能够更有效地分离和补偿不同频段的扰动分量。

技术成熟度方面,论文已完成仿真和硬件在环验证,但距离工业化应用仍需考虑参数整定复杂度、计算资源占用以及极端工况下的稳定性裕度。对阳光电源而言,机遇在于可将该控制策略集成到下一代数字控制平台中,作为高端产品的差异化竞争优势;挑战则在于需要建立完整的扰动模型库和自适应参数调节机制,以适配不同应用场景。建议启动预研项目,重点评估在1500V高压储能系统和海上风电储能一体化方案中的应用潜力。