基于转矩观测器的垂直轴风力发电最大功率跟踪反演控制

为了提高垂直轴永磁直驱风力发电系统控制的鲁棒性和自适应性,针对大范围风速扰动和系统参数不确定的特点,应用非线性干扰观测器(NDO)实现垂直轴风力机气动转矩的估计,再结合反演(Back-stepping)控制方法设计发电最大功率跟踪(MPPT)控制器。控制器采用基于最佳转速跟踪的MPPT策略,通过逐步选择虚拟控制量和构造李雅普诺夫函数,使每个被控子系统具有良好的渐近特性,进而得到整个系统在大扰动下的全局渐近控制律。利用Matlab/Simulink建立系统的仿真模型,通过与PID控制器的对比实验,验证了反演控制器设计的正确有效性。     

永磁直驱风力发电系统最大功率跟踪改进型积分滑模控制

针对永磁直驱风力发电系统的内部参数摄动和外部扰动等问题,基于非线性扩张状态观测器(NLESO)提出了一种实现最大功率跟踪的改进型积分滑模控制方法。该方法使用非线性光滑函数设计了NLESO,对系统的内外扰动等不确定因素进行估计和主动补偿,提高了转速的跟踪能力。引入非线性光滑函数设计了滑模趋近律,消除了传统滑模控制中的高频抖振现象,并基于Lyapunov原理对滑模控制器进行了稳定性分析。仿真结果表明,与传统PI控制相比,该方法不仅响应速度快,无超调无抖振,而且具备良好的抗扰能力,风速突变情况下仍能快速实现最大功率跟踪,在风力发电系统最大功率跟踪控制领域具有较大的应用前景。     

基于扩张状态观测的永磁直驱风力发电系统 MPPT自适应滑模控制

为了提高永磁直驱风力发电系统的发电工作性能,针对风速波动范围宽和不确定强的最大功率跟踪(MPPT)控制特点,应用滑模控制理论和扩张状态观测器方法,设计了一种基于最佳叶尖速比(TSR)控制策略的最大功率跟踪自适应积分滑模控制器。控制器采用基于最佳转速跟踪偏差的积分型滑模面函数结构,确保转速跟踪控制稳态无静差。利用扩张状态观测器对风力机实时机械转矩进行估计,以获得转矩扰动上界的估计值。同时引入非线性幂次组合函数和转速跟踪偏差负反馈环节,构造基于状态偏差的滑模变速趋近律,使得切换增益具有随最佳转速跟踪偏差实现自适应调整的特性,并可有效抑制滑模控制输出的抖振。通过与智能PID控制器相比较的仿真实验,验证了该控制器实现最大功率跟踪控制的良好效果,具有较强的鲁棒性和适应性。     

基于扩张状态观测的永磁直驱风力发电系统MPPT自适应滑模控制

为了提高永磁直驱风力发电系统的发电工作性能,针对风速波动范围宽和不确定强的最大功率跟踪（MPPT）控制特点,应用滑模控制理论和扩张状态观测器方法,设计了一种基于最佳叶尖速比（TSR）控制策略的最大功率跟踪自适应积分滑模控制器。控制器采用基于最佳转速跟踪偏差的积分型滑模面函数结构,确保转速跟踪控制稳态无静差。利用扩张状态观测器对风力机实时机械转矩进行估计,以获得转矩扰动上界的估计值。同时引入非线性幂次组合函数和转速跟踪偏差负反馈环节,构造基于状态偏差的滑模变速趋近律,使得切换增益具有随最佳转速跟踪偏差实现自适应调整的特性,并可有效抑制滑模控制输出的抖振。通过与智能PID控制器相比较的仿真实验,验证了该控制器实现最大功率跟踪控制的良好效果,具有较强的鲁棒性和适应性。     

垂直轴SRG风力发电系统MPPT动态滑模控制研究

以垂直轴风力机与开关磁阻发电机(SRG)为对象,研究了基于风速跟踪的垂直轴开关磁阻风力发电系统MPPT动态滑模控制(SMC)算法。介绍了SMC原理,设计了系统动态滑模控制器,采用Matlab/simulink建立了系统仿真模型,对风速阶跃变化的不同工况进行理论仿真实验。仿真结果表明,所设计的SRG风力发电滑模控制器具有良好的鲁棒性,能使开关磁阻风力发电系统具有良好的动态性能实现风力机最大功率点跟踪,为实际应用提供理论支持。     

风力发电系统最大功率跟踪自适应鲁棒控制

为了提高风力发电系统最大功率跟踪(MPPT)运行的工作性能,针对系统未知建模误差和外部扰动等不确定问题,提出了一种MPPT自适应鲁棒控制方法。该方法建立在基于广义扰动的风力发电系统角速度跟踪动态模型基础上,不依赖于系统模型参数和外部扰动辨识。利用MPPT跟踪偏差的非线性状态反馈和扰动边界值的在线实时估计,自适应地调整切换控制项增益,以加快系统收敛的速度。实际控制律经过一阶积分输出,进一步削弱控制输出信号幅值的抖振,平滑发电转矩,提高跟踪精度。通过构造Lyapunov函数,验证了闭环系统的全局稳定性。通过与常规线性PID控制和非线性动态状态反馈控制(SFC)进行仿真比较,验证了该控制器实现最大功率跟踪控制的良好效果,具有较强的鲁棒性和自适应性。     

基于新型趋近律的PMSM反演滑模控制

在永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统中,针对传统的PI控制器控制精度不足、超调量大、易受外界扰动影响的问题,本文提出了一种反演滑模控制器替换传统的PI控制器,该反演滑模控制器是由反演法与滑模控制理论相结合产生的,且在趋近律设计方面引入双曲正切函数和系统状态变量,从而形成一种新型趋近律,代替传统的指数趋近律,提高系统的收敛速度,减小滑模抖振现象。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,仿真结果表明,该方法使系统对电机的转速有着良好的控制效果,与PI控制、传统滑模控制以及变指数滑模控制相比较,具有较好的动态响应性能,转速超调量分别减少了22.15%、18%和2.75%,系统抗扰动能力提高,具有较强的稳定性。     

永磁直驱风力发电系统最大功率跟踪非线性抗扰控制

针对永磁同步发电机的非线性、内部参数不确定以及外部扰动等问题,提出了一种直驱式永磁同步风力发电系统最大功率跟踪的非线性抗扰控制方法。该方法使用一种非线性光滑函数来设计非线性扩张状态观测器(NLESO)和非线性抗扰控制律。由NLESO来实现系统扰动及不确定性的估计,前馈到控制输入端对扰动进行补偿,从而有效提高了系统的抗扰能力。分析了NLESO的收敛性。仿真结果表明了该控制方法不仅具有响应速度快、控制精度高的特点,而且无超调无抖振现象,因而在风力发电系统最大功率跟踪控制领域具有较大应用价值。     

TSMC直驱风力发电系统MPPT优化控制

以基于双级矩阵变换器(TSMC)的永磁同步风力发电系统为研究对象,阐述了最大风能追踪的原理,分析了TSMC直驱式风力发电系统的功率集成控制,提出了一种利用转子转动惯量功率实现最大风能追踪的控制算法。在传统功率控制算法中加入一个比例控制器,加快了系统捕获风能的速度。在Matlab中搭建了TSMC风力发电系统的仿真模型,仿真结果表明:新MPPT算法在风速突变时,加快了系统的动态响应;在风速不变时,保持系统的稳定运行,使系统能快速且准确地捕获风能。     

Modified vector controlled DFIG windenergy system based on barrier functionadaptive sliding mode control

Increased penetration of wind energy systems has serious concerns on power system stability. In spite of several advantages, doubly fed induction generator (DFIG) based wind energy systems are very sensitive to grid disturbances. DFIG system with conventional vector control is not robust to disturbances as it is based on PI controllers. The objective of this paper is to design a new vector control that is robust to external disturbances. To achieve this, inner current loop of the conventional vector control is replaced with sliding mode control. In order to avoid chattering effect and achieve finite time convergence, the control gains are selected based on positive semi-definite barrier function. The proposed barrier function adaptive sliding mode (BFASMC) is evaluated by testing it on a benchmark multi-machine power system model under various operating conditions. The simulated results show that the proposed method is robust to various disturbances.     

带指令滤波的直驱永磁风机自适应反推积分滑模控制

针对直驱式永磁同步风力发电系统最大功率跟踪问题,提出一种带指令滤波的自适应反推积分滑模控制器。构造了直驱式永磁风力发电系统的非线性模型。基于反推法设计控制器,并引入二阶滑模微分器充当指令滤波器,避免传统反推控制中计算膨胀和控制器饱和问题,并针对滤波误差设计补偿信号。考虑系统运行过程中参数的变化和系统未建模部分的影响,引入投影自适应算法提高系统的动态性能,并确保自适应估计值是有界的。同时为提高系统的鲁棒性,引入积分滑模控制,利用李雅普诺夫方法证明了系统的稳定性。仿真结果验证了所设计控制器的有效性。与传统PI控制、指令滤波反推控制器相比,所设计控制器具有更好的响应速度和鲁棒性。     

基于ACPI的风力发电系统MPPT控制方法

针对直驱永磁同步风力发电系统存在非线性、参数不确定性以及转矩扰动等问题,研究了一种基于自耦PI控制理论的最大功率跟踪控制方法。该方法以转速跟踪为目标,将发电机内部动态与外部输入转矩的不确定性定义为一个总和扰动,从而将非线性不确定系统映射为未知线性系统,并构建了一个在总和扰动反相激励下的受控误差系统。据此设计了基于误差速度因子的自耦PI控制器模型,理论分析了自耦PI闭环控制系统的鲁棒稳定性和抗扰鲁棒性。仿真结果表明了该控制方法能稳定保持最大功率系数,在风力发电系统的最大功率跟踪领域具有良好的应用前景。     

风力发电对双电源快速切换的影响

风力发电的大量接入使配电网成为有源网络,影响了快速切换装置的正确动作。以含有风力发电(永磁同步发电机组和双馈异步发电机组)的某石化厂6 kV终端变电站为例,利用电力系统分析软件包EDSA建立仿真模型,分析风力发电对快速切换装置的影响。仿真结果表明:含有永磁同步发电机组的变电站在发出的无功功率小于负载所需的无功功率时,有利于进行快速切换,而在发出的无功功率大于负荷所需的无功功率时,会出现电压升高的情况,很有可能超过设备的保护定值,需要修改现有的切换判据;含有双馈异步发电机组的变电站无论发电机组发出的有功功率大于或小于负荷所需的有功功率,均不利于进行快速切换。针对含有风力发电的变电站提出了改进的快速切换判据:对于含有永磁同步发电机组的变电站增加了现有判据中对母线电压上限的约束,对于含有双馈异步风力发电机组的变电站扩大了现有判据中对母线电压下限的约束。     

基于实时电流幅值的风电整流器故障诊断方法

直驱式风电系统整流器的开路故障会造成机侧交流电流半相缺失、直流侧电压波动、发电机转速波动等问题,严重影响风力发电系统的运行稳定性。文中提出一种基于实时电流幅值的永磁直驱风电系统整流器开路故障诊断方法,利用电机的运行特性来计算实时电流幅值,实现对故障的实时诊断和定位;将故障状态下的电流幅值与设定的电流幅值阈值进行比较,利用电流幅值异常所在区间来判定故障开关管位置,消除误差和外界条件变化带来的误诊断。实验结果验证了理论分析的正确性和故障诊断方法的有效性,通过与其他方法进行对比,验证了文中方法的检测速度和多管故障的诊断能力。     

PMSG风力发电系统转速估计算法的研究

提出了一种无传感器直驱式永磁同步风力发电机控制系统的转子速度估算法。该算法可由简单的定子磁通方程推导,且只需检测定子电压和电流。定子磁通估算通过基于定子电压模型的可编程低通滤波器而设计,建立了基于递归最小二乘法的电机转速辨识模型,并将实时辨识的电机转速用于转子位置观测和转子磁场定向矢量控制。仿真结果表明,实现了最大功率跟踪控制,验证了控制算法的有效性和可行性。     

Conventional and novel control designs for direct driven PMSG wind turbines

With the advance of power electronic technology, direct driven permanent magnet synchronous generators (PMSG) have increasingly drawn interests to wind turbine manufactures. This paper studies and compares conventional and a novel control designs for a direct driven PMSG wind turbine. The paper presents transient and steady-state models of a PMSG system in a d–q reference frame. Then, general PMSG characteristics are investigated in the rotor-flux-oriented frame. A shortage of conventional control mechanisms is studied analytically and through computer simulation. A novel direct-current based d–q vector control technique is proposed by integrating fuzzy, adaptive and traditional PID control technologies in an optimal control configuration. Comparison study demonstrates that the proposed control approach, having superior performance in various aspects, is effective not only in achieving desired PMSG control objectives but also in improving the optimal performance of the overall system.     

永磁同步电机调速系统的快速幂次趋近律控制

针对在采用PI控制器的永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统中,PI控制器无法满足高精度控制要求,且易出现积分饱和的问题,提出一种基于快速幂次趋近律的滑模变结构控制器。该趋近律是在幂次趋近律的基础上,加入指数项以及系统状态变量。其中,指数项具有较快的收敛速度,可以解决幂次趋近律在远离滑模面时趋近速度慢的问题,系统状态变量可抑制由于引入指数项带来的抖振。基于该改进趋近律设计永磁同步电动机滑模速度调节器,并采用李雅普诺夫函数对其进行稳定性分析。经过与PI速度控制器进行仿真实验比较,结果表明采用该控制器的系统可实现速度无超调跟踪,并具有稳定性高、抗负载扰动强的优点。     

永磁同步电机的模糊滑模控制

为了实现高性能永磁同步电动机伺服系统快速而精确的位置跟踪控制,在滑模控制策略中引入模糊控制算法,设计了基于模糊规则的滑摸控制器。仿真结果显示模糊滑摸控制较好地解决了抖振问题,对参数变化和负载扰动具有很好的鲁棒性,永磁同步电机可获得很好的位置跟踪效果。     

基于模糊控制的开关磁阻风力发电系统最大功率点跟踪控制

研究了基于风速跟踪的开关磁阻风力发电系统最大功率点跟踪二维模糊控制算法,确定了模糊变量的隶属度分布和相应的模糊控制规则,采用MATLAB/Simulink中的PowerSystems建立了开关磁阻风力发电系统最大功率点跟踪模糊控制系统的仿真模型,对风速阶跃变化、负载变化等工况下的开关磁阻风力机组运行情况进行了仿真,仿真结果表明所设计的开关磁阻风力发电机模糊控制器具有良好的鲁棒性,能使开关磁阻风力发电系统以优良的动静态性能实现最大功率点跟踪。