[發(fā)明專利]一種雙饋風(fēng)力機(jī)最大風(fēng)能捕獲自抗擾非線性控制方法

有效

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• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112523945B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任海軍;周高;王帥;沈力;李琦;韋沖
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 重慶市恒信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50102
• 代理人: 李金蓉

本發(fā)明公開了一種雙饋風(fēng)力機(jī)最大風(fēng)能捕獲自抗擾非線性控制方法，涉及雙饋風(fēng)機(jī)變流器控制領(lǐng)域。首先，本發(fā)明基于最佳葉尖速比，得到雙饋風(fēng)機(jī)的最佳參考轉(zhuǎn)速作為外環(huán)的轉(zhuǎn)速參考值，通過直接轉(zhuǎn)速控制實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)的最大風(fēng)能捕獲控制，并采用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器對外環(huán)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及系統(tǒng)綜合擾動進(jìn)行觀測，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。接著，對基于定子磁鏈定向的轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)采用反饋線性化解耦控制，用以表征雙饋風(fēng)電機(jī)組的非線性特性。最后結(jié)合滑模控制，提出了轉(zhuǎn)速外環(huán)自抗擾滑模控制器和轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)反饋線性化滑模控制器相結(jié)合的雙閉環(huán)控制策略，提高了系統(tǒng)的魯棒性及動態(tài)響應(yīng)速度。因此，雙饋風(fēng)電機(jī)組的最大風(fēng)能捕獲能力得到了進(jìn)一步提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種結(jié)合自抗擾滑模和反饋線性化滑模的雙饋風(fēng)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲非線性控制方法，涉及雙饋風(fēng)機(jī)變流器控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組是目前風(fēng)電市場中備受青睞的機(jī)型之一，具有勵磁變流器容量小、成本低等特點(diǎn)，具有很高的能量轉(zhuǎn)換效率和良好的電能質(zhì)量。雙饋風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行控制的核心是對其變流器的控制，網(wǎng)側(cè)變流器主要是用來維持直流母線電壓的穩(wěn)定，以及使能量能夠雙向流動，機(jī)側(cè)變流器則主要是用以變速恒頻控制，以及雙饋風(fēng)電機(jī)組的最大風(fēng)能捕獲控制。其中風(fēng)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲的控制研究是國內(nèi)外一直以來研究的熱點(diǎn)。

陳天立等基于雙饋風(fēng)電機(jī)組的功率解耦控制，通過模糊控制器實(shí)時調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，提高了系統(tǒng)的魯棒性和動態(tài)響應(yīng)速度。張魯華等提出將反饋線性化控制引入到雙饋風(fēng)電機(jī)組的功率解耦控制中，所設(shè)計(jì)的控制器實(shí)現(xiàn)了有功、無功的完全解耦，提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能及響應(yīng)速度。田友飛等基于空氣動力轉(zhuǎn)矩和風(fēng)速估計(jì)并結(jié)合反饋線性化理論設(shè)計(jì)了一種非線性控制器，簡化了系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu),并實(shí)現(xiàn)了銅耗最小化。張維奇等將魯棒滑模控制用于雙饋風(fēng)機(jī)的最大風(fēng)能捕獲，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力且風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用率得到了提升。劉英培等將自抗擾控制與無源控制相結(jié)合，所設(shè)計(jì)的控制器能夠?qū)ο到y(tǒng)擾動進(jìn)行實(shí)時估計(jì)并及時補(bǔ)償，提高了系統(tǒng)的魯棒性。這些方法都在一定程度上優(yōu)化了雙饋風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，取得了一定的研究成果，促進(jìn)了風(fēng)力機(jī)技術(shù)的發(fā)展。

但是在系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備陳舊、外部擾動、模型失準(zhǔn)、參數(shù)漂移等情況下，控制效果會出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，無法保持對目標(biāo)設(shè)定值的穩(wěn)定控制。而且針對非線性雙饋風(fēng)電系統(tǒng)多變量、強(qiáng)耦合的特征，為了提高風(fēng)電系統(tǒng)的控制性能，必須考慮非線性和不確定因素。針對雙閉環(huán)矢量PID控制器的不足，需要考慮使用抗內(nèi)外擾動能力強(qiáng)，對模型精度依賴性低，魯棒性強(qiáng)的控制器，使得當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)參數(shù)漂移，外部擾動等情況，都能得到很好的控制效果，提高雙饋風(fēng)電機(jī)組的最大風(fēng)能捕獲能力。本發(fā)明通過使用擴(kuò)張觀測器，提升了系統(tǒng)對內(nèi)外擾動的抗干擾能力，通過對轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)線性化解耦在一定程度降低了對模型的依賴程度，并結(jié)合滑模控制提高了系統(tǒng)的魯棒性。

發(fā)明內(nèi)容

低于額定風(fēng)速時，雙饋風(fēng)電機(jī)組的最大風(fēng)能捕獲控制是研究的熱點(diǎn)問題之一。傳統(tǒng)雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的變流器控制使用PID控制器對目標(biāo)進(jìn)行反饋控制，但是在系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備陳舊、外部擾動、模型失準(zhǔn)、參數(shù)漂移等情況下，需要考慮使用抗內(nèi)外擾動能力強(qiáng)，對模型精度依賴性低，魯棒性強(qiáng)的自抗擾控制來改進(jìn)PID控制。針對雙饋風(fēng)電機(jī)組時變、強(qiáng)耦合、高階非線性的特點(diǎn)，需要釆用反饋線性化解耦控制的方法來表征雙饋風(fēng)機(jī)的非線性特性。而且，針對PID控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度慢，受參數(shù)變化影響較大的問題，本發(fā)明提出了將擴(kuò)張狀態(tài)觀測器、反饋線性化解耦與滑模變結(jié)構(gòu)控制相結(jié)合的雙閉環(huán)非線性控制策略。

本發(fā)明建立雙饋風(fēng)電機(jī)組模型，分析系統(tǒng)特點(diǎn)，結(jié)合自抗擾滑模和反饋線性化滑模的雙饋風(fēng)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲非線性控制方法。首先，對轉(zhuǎn)速外環(huán)采用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器觀測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和內(nèi)外擾動并進(jìn)行負(fù)載前饋補(bǔ)償，輸出電磁轉(zhuǎn)矩作為內(nèi)環(huán)線性化解耦的輸入變量，基于定子磁鏈定向?qū)D(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)進(jìn)行反饋線性化解耦。最后，結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)控制，獲得轉(zhuǎn)速外環(huán)自抗擾滑模控制器和轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)反饋線性化滑模控制器的控制律。通過雙閉環(huán)非線性控制策略提高了系統(tǒng)的魯棒性及響應(yīng)速度。

鑒于此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：雙饋風(fēng)機(jī)最大風(fēng)能捕獲自抗擾非線性控制方法，包括以下步驟：