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随着全球范围内环境的日趋恶化和能源危机的日益凸显，充分开发和利用可再生能源已成为全世界的普遍共识。出于高效能量捕获、柔性发电以及长运行寿命的需要，可变速变桨的大容量直驱永磁同步发电机(Direct-DrivenPermanentSynchronousMagneticGenerator,DD-PMSG)近年来逐步得到业界的关注，具有广阔的发展前景。然而，风速时刻发生不可预知的变化;受环境影响，发电机无论是参数还是模型本身都是不确定的;复杂电磁环境会给测量带来非高斯噪声;另外，DD-PMSG模型本身也具有强非线性的特点，这些情况都给DD-PMSG的高效控制提出了挑战，且已成为风力发电控制系统应该重点考虑的问题。
本文系统地研究了DD-PMSG系统发电机侧的鲁棒控制与无位置传感器系统的转速鲁棒滤波问题，主要的研究工作和创新性成果如下:
1.针对风切变对额定风速以上恒功率控制的影响，设计了一种独立变桨距鲁棒控制器，该控制器由基于自抗扰控制(ActiveDisturbanceRejectionControl，ADRC)的集中桨距角控制器和基于扰动补偿的独立桨距角控制器叠加而成，其中集中变桨控制器能及时补偿由于风速变化，风力机参数变化导致的系统模型不确定性，并且能有效抑制电磁转矩扰动;独立桨距角控制器能有效抑制风切变引起的转速波动以及叶片拍打方向的机械载荷，对集中变桨信号的频率和幅值变化的鲁棒性较好。
2.基于矢量控制框架，分别提出了两种PMSG转速和电流器鲁棒控制器的设计方法。首先将包含定子参数不确定和空气动力转矩扰动的DD-PMSG系统描述为解耦的Descriptor电流模型和包含非线性摄动的转速模型，并针对两个模型分别设计了H∞电流控制器和无静差H∞转速控制器;然后针对DD-PMSG的非线性模型，利用Backstepping方法，提出了模型参考自适应反步控制(modelreferenceadaptivebacksteppingcontrol,MRABC)方法，解决额定风速以下DD-PMSG非线性系统在电机参数不确定，风速扰动等情况下的系统鲁棒控制问题。仿真实验验证了两种方法在改善DD-PMSG控制系统鲁棒性方面所起的积极作用，同时也反映出两种方法在不同的条件下各有优势和缺陷。
3.针对利用基于模型参考自适应(ModelReferenceAdaptiveSystem，MRAS)算法估计扩展反电动势(extendedelectromotiveforce，EEMF)进而估计无位置传感器DD-PMSG系统的发电机转速和位置的现有估计方法，利用Lyapunov稳定性理论给出了其数学证明;并基于模型参考自适应反步控制方法，依靠对包含参数不确定性、速度估计中估计误差在内的不确定项的估计，提出一种鲁棒转速控制器的设计方法，以解决上述无位置传感器DD-PMSG系统中包含转速观测器的鲁棒控制问题。在对表贴式PMSG(surfacePMSM，SPMSG)以及内埋式PMSG(interiorPMSG，IPMSG)的仿真实验表明，本文方法相对于传统PI方法，在抑制风速扰动以及参数不确定性方面，具有较强的鲁棒性。
4.针对无位置传感器DD-PMSG系统中，扩展kalman滤波方法鲁棒性不高的问题，提出一种基于扩展H∞滤波(ExtendedH∞Filtering,EHF)算法的转子速度估计方法。通过对模型做出3个合乎工程习惯的假设，将模型转化为由发电机机电状态和定子参数组成的增广方程的形式，通过对该增广模型应用基于博弈理论(gametheory)的离散扩展H∞滤波，可同时辨识出发电机的机电状态和定子不确定参数动态，后者参与到了发电机状态的迭代过程中，使得估计对发电机参数不确定的鲁棒性得以改善;而H∞滤波器设计中仅要求噪声为有界能量信号，则同时解决了EKF方法中对非结构不确定性和外部噪声为非高斯白噪声时鲁棒性差的缺陷。仿真实验给出了EHF方法中，各参数的取值范围，同时通过4个与EKF方法的比较实验，验证了本文方法具有较强的鲁捧性，与EKF方法具有差不多的计算量，可方便地由现有的EKF算法进行扩展。
关健词:直驱永磁同步风力发电系统;集中桨距角调节;独立桨距角调节;恒功率鲁棒控制;Descriptor不确定模型;非线性摄动不确定模型;无静差H∞控制;模型参考自适应反步控制;无位置传感器控制;转速估计;扩展KALMAN滤波;扩展H∞滤波