風力發電系統功率解耦的控制方案

張長志　周連升　賀欣　曹曉男　王建軍　林琳

摘 要： 針對風力發電系統功率解耦控制存在時滯誤差的問題，提出基于LM?Smith時滯補償和誤差修正的風力發電系統功率解耦控制方法，構建風力發電系統控制輸入輸出的參量模型，以及控制目標函數。采用LM?Smith算法進行參量的全局最優解計算，以最優解為訓練向量進行時滯補償和功率解耦控制，實現控制誤差修正。仿真結果表明，采用該方法控制風力發電系統，功率的解耦性較好，提高了輸出功率增益，在較大的負載范圍內能有效實現穩定的電壓輸出。

關鍵詞： 風力發電系統； 功率解耦； LM?Smith算法； 時滯補償

中圖分類號： TN710?34； TP724 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）05?0183?04

Abstract： Since the power decoupling control of the wind power generation system has the problem of time delay error， a wind power generation system′s power decoupling control method based on LM?Smith time delay compensation and error correction is put forward. The input and output parameter model controlled by the wind power generation system and control objective function were constructed. The LM?Smith algorithm is used to calculate the global optimal solution of the parameter， which is taken as the training vector to compensate the time delay and control the power decoupling， so as to correct the control error. The simulation results show that the method used to control the wind power generation system has better power decoupling， can increase the output power gain， and output the stable voltage in a large load range.

Keywords： wind power generation system； power decoupling； LM?Smith algorithm； time delay compensation

0 引 言

隨著綠色能源工程的啟動，采用風力發電成為未來電路發展的一個重要方向。風力發電系統作為一種常用的電機系統，利用稀土等永磁材料借助風力做功實現磁力線切割，輸出電能。風力發電系統利用電磁場感應特性輸出功率，在功率輸出中具有較大的耦合性，需要進行功率解耦控制，以提高風力發電系統的輸出功率增益。通過對功率解耦的優化控制設計，提高風力發電系統的穩定性和可靠性，研究風力發電系統的功率解耦控制方法在進行電機設計中具有重要意義[1?2]。

針對風力發電系統功率解耦控制存在時滯誤差的問題，提出基于LM?Smith時滯補償和誤差修正的風力發電系統功率解耦控制方法，結果表明，本文方案的功率解耦性好，提高了輸出功率增益。

1 風力電機的約束參量模型

1.1 風力發電系統功率解耦控制的等效電路

為了實現對風力發電系統的功率解耦的優化控制，首先需要構建風力發電系統功率解耦的等效電路結構模型，風力發電系統的功率解耦控制模型主要由電子元整流和濾波器件構成，采用永磁線圈形成線圈序列，在功率耦合下感應電能，傳輸存在渦流損失，使用等效電路法分析風力發電系統的電能傳輸模型，如圖1所示。

風力發電系統的電壓增益主要由負載、頻率決定。在功率擾動下存在漏感和勵磁電感，采用“T”型等效電路設計風力發電系統功率解耦控制電路[3]，得到等效電路如圖2所示。

在存在軸向偏移的情況下，根據圖2所示的等效電路模型，分析風力發電系統的功率解耦控制約束參量模型，得到控制目標函數為：

在風力發電系統中，影響到系統控制的功率因數包含：電磁耦合器漏感初級側、次級側自感和互感。當系統在諧振點附近工作，[L11，][L22]為風力發電系統的初級側和次級側繞組的自感，[M]為高頻交流電傳送的互感。[v1，][v2]為初級側和次級側電壓，[Ψ1]和[Ψ2]為整流二極管輸入初級側和次級側的磁鏈。直流電源經高頻逆變，得到風力發電機上的輸出功率耦合系數為：

分析上述結果得知，采用本文方法進行功率解耦控制，在較大負載范圍內具有較好的功率解耦控制性能，輸出功率增益較大，偏芯100 mm時，風力發電系統的功率增益仍穩定在5.8%，實驗中電機的電能輸出效率在偏芯情況下仍保持90%左右。在較大負載范圍內可輸出穩定的電壓，電機控制過程的收斂性較高，具有較好的應用價值。

4 結 語

為了提高風力發電系統的輸出增益，解決電機在功率解耦控制的時滯誤差問題，本文提出一種基于LM?Smith時滯補償和誤差修正的風力發電系統功率解耦的控制方法，構建風力發電系統控制輸入輸出的參量模型，進行控制目標函數構建。采用LM?Smith算法進行參量的全局最優解計算，以最優解為訓練向量進行時滯補償和功率解耦控制，實現控制誤差修正。實驗發現，采用本文方案進行風力發電系統控制，功率的解耦性較好，提高了輸出功率增益，穩定性較好。

參考文獻

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