风力发电机组恒功率无模型自适应变桨距控制.pdf

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1、第４期姜萍等．风力发电机组恒功率无模型自适应变桨距控制５３９风力发电机组恒功率无模型自适应变桨距控制ａ，ｂａ姜萍赵振家（河北大学ａ．电子信息工程学院；ｂ．罗克韦尔自动化实验室，河北保定０７１０００）摘要风力发电系统是一个非线性、强耦合的系统，其风速的扰动性极强。无模型控制基于系统特性值动态估计，优化内部参数可使系统克服时变和非线性，具有比ＰＩＤ更好的抗干扰能力，且更适用于非线性、强耦合系统。最后，对比了在阶跃和随机风速下无模型与ＰＩＤ控制器的控制效果，并进行仿真研究，结果表明无模型控制能更好地保持发电机功率恒定。关键词无模型控制风力发电变桨距ＰＩＤ控制

2、恒功率＋中图分类号ＴＨ１６５．２　　　文献标识码Ａ文章编号　１０００-３９３２（２０１５）０４-０３５９-０５我国始终把可持续发展作为基本战略路线，运用在风电变桨距控制中，在风速高于额定风速［６，７］随着近年煤炭及石油等常规能源的全面紧张，可时调节风力机维持额定转速。张纯明等根据再生能源的发展已是大势所趋。我国风能资源丰模型参考自适应控制原理，以大型风力发电机组富、且其成本相比其他可再生能源较低，在可再生直流电动变桨距控制系统为研究对象，设计了一能源中最具商业化和产业化发展前景。个高性能电动变桨距控制系统，并用李雅普诺夫［８］近几年来，变桨距风力发电机

3、逐渐代替定桨稳定性分析给出自适应系统控制律，仿真表明距风力发电机成为主流机型。当风速达到额定风所设计系统有很好的跟踪和伺服性。笔者基于无速以上时，变桨距风力发电机组可通过改变桨距模型理论，设计了无模型自适应控制器，并将其运角实现弃风，保持额定功率，实现功率的稳定。现用在风电系统的变桨距控制中。①如今大部分变桨距风力发电机组都采用ＰＩＤ算1风力发电机组模型法，该算法简单、易实现，但对于风力发电机组非风力发电系统主要由风力机、齿轮传动和发线性、强耦合的特性，无法更好地维持功率恒定，电机构成，其运行特性和控制策略与所用发电机因此如何改进算法，改善风力发电机组

4、的控制性类型和风力机特性密切相关。当风速从接近零上能，成为研究变桨距风力发电机的热点之一。升到切入风速时，风力机经过齿轮传动带动发电罗秋滨等分析了无模型控制的抗干扰能力，机进行发电。根据不同的风况，风力发电系统的克服了ＰＩＤ控制无法对非线性、强耦合系统实现运行可以分为启动区、最大风能追踪区、恒转速区［９］稳定控制的弱点，并通过与ＰＩＤ调节器的抗干扰和恒功率区。能力的仿真比较，进一步说明了无模型控制方法1．1风力机模型具有很强的抗干扰能力，对多变量强耦合系统进风轮是一种能截获流动空气所具有的动能，［１～３］行控制可收到良好的效果。曹荣敏和侯忠生并将风轮叶

5、片迎风扫掠面积内的一部分动能转化利用Ｍａｔｌａｂ软件进行仿真实验，证明了无模型方为有用机械能的装置圈。法对电机这种具有不确知动态非线性系统的有效由空气动力模型可知，风力机吸收的机械功［４］性和稳定性。金尚泰等将无模型自适应控制算率为：法应用到永磁直线电机的速度控制中，控制器的P＝１ρπR２C（λ，β）V３（１）ｒｐ２设计仅需系统的输入、输出数据，并能够实现参数风力机的运动方程为：适应性控制和结构自适应控制，仿真结果验证了［５］无模型自适应算法的有效性。秦生升等基于微①收稿日期：２０１４-１１-２１（修改稿）分几何反馈线性化方法，提出变桨距风力发电机基金

6、项目：国家自然科学基金资助项目（１１２７１１０６）；河北大组恒功率控制策略，并将精确反馈线性化与H∞学应用研究项目（３３３１２）；河北大学研究生教育改革重点项控制理论相结合设计了非线性H∞控制器，将其目（ＹＪ１１-０８）；河北大学自然科学研究项目（２０１２-２４０）３０６化工自动化及仪表第４２卷ｄωｒ　　　ω１———同步转速；Jｒ＝＝Tｒ－T１ｓ（２）ｄt　　　ω———发电机的当量转速。Ｇ风力机转矩与功率的关系为：异步发电机的功率需要去除不确定的铜损耗Pｒ１２３Tｒ＝＝ρπRCｐ（λ，β）V（３）和铁损耗，并且转矩又与电压、角速度存在非线ωｒ２ωｒ性、

7、强耦合关系，所以异步电机也是一个非线性、式中Cｐ（λ，β）———风能利用系数；强耦合的系统。Jｒ———转动惯量；综上，风力发电机组中存在大量非线性、强耦Pｒ———风力机捕获的机械能；合环节，传统的ＰＩＤ调节已经不能满足生产实际R———风轮半径；的要求，因此需要寻找更优的控制策略以对非线V———风速；性、强耦合系统实现更好的调节。　　　　　　β———桨距角；2变桨距原理　　　　　　ρ———空气密度。风机上的桨距角指的是叶片顶端翼型弦线与Cｐ（λ，β）的表达式为：旋转平面的夹角。调节桨距角的目的主要有：在１１６－１２．５／λiCｐ＝０．２２－０．４β－５ｅ

8、λi启动时获得比较大的气动扭矩，使叶轮克服驱动１＝１－０．０３５（４）系统的空载阻力矩；在额定