雙饋異步風力發電機組常規自適應滑模控制研究

林立 陳靜

摘 要：自適應滑模控制技術在風力發電機組控制中的應用，對于提高發電機組控制質量起到了不可忽視的作用。因此研究者以帶干擾觀測器自適應滑模控制系統為樣板，開展了這一技術設計、計算以及仿真實驗研究，論證其是否可以成為雙饋異步風力發電機組常規控制技術。

關鍵詞：雙饋異步風力發電；自適應滑模系統；控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.174

在我國目前風力發電設備中，雙饋異步風力發電機組因其特有高效性特征，成為當前最為常用的發電機組形式。但是在實際的風力發電運行中，發電機控制效率與質量的提升一直是其技術研究的重要內容。

1 自適應滑模控制原理分析

在風力發電機控制技術研究中，自適應滑模控制技術原理研究主要包括了以下幾個主要組成部分。

（1）自適應模糊控制原理的應用。在當前的機械控制研究中，模糊控制技術的提出為控制技術發展起到了不可忽視的作用。區別于傳統的數學模型控制技術理論，模糊控制技術充分的應用了信息化控制及魯棒性控制理念優勢，進而實現了復雜系統在不精確與不確定信息模式下的控制要求，因此其控制效果高于常規的控制方法。

（2）模糊控制與滑模控制技術的結合。為了解決模糊自適應技術在控制中存在的主要問題，提高其控制質量，技術人員將模糊控制技術與傳統的滑模控制模式進行結合，形成了發電機自適應滑模技術。在這一技術的應用中，技術人員采用了穩定性與魯棒性都較為出色模糊滑模控制器。

2 常規自適應滑模控制設計研究

這一控制模式在設計中，其主要的公式模型包括了以下內容：

首先在設計中，技術人員需要設計出一個常規滑模控制器，其控制器設計模型為：

（1）

之后將函數切換為：

（2）

在公式模型中，式中代表發電機受到的干擾切換增益；c 代表控制中的正常數，且在運算中函數；ψ代表發電機運行中轉速誤差變化狀態系數。

且這幾個函數在計算中具有以下的幾個主要關系：

關系一：

關系二： （3）

關系三：

將公式三兩邊求導，可得以下不等式：

（4）

根據以上計算公式所得，當發電機控制系統受到的干擾d較大的情況下，數據也會較大，在這種情況下系統控制器在控制過程中，發電機槳距角執行機構就會產生一定的抖振。

因此根據發電機自適應模糊控制原理，技術人員根據帶干擾觀測器自適應滑模控制設計，其主要的設計內容包括了以下內容。

（1）控制裝置設計模型。在設計中，技術人員為了可以有效的減輕觀測風力機轉速變化以及其在運行中受到的外部干擾，采用了以下的公式模型：

（5）

根據以上公式我們將滑模控制器模型設計成以下內容：

（6）

（2）控制器仿真信號分析。為了做好發電機控制系統設計論證工作，技術人員對設計完成的自適應滑模控制系統的仿真信號實驗工作。在此次仿真信號的本章仿真信號實驗中，技術人員使用了額定功率600千瓦的雙饋異步變槳距風力發電機組。其主要的技術參數包括了以下幾點：風力機轉動中慣量為；發電機運行中的轉動慣量為；發電運行額定風速數據為11m/s；設計中的風力機的額定轉速數據為4.35 rad/s；發電機變槳距執行機構中允許的電動機位移范圍指標為0-30度，其液壓伺服系統運行的時間系數為ε=0.05s；其控制系統干擾觀測器狀態觀察使用的變量系數c =20，增益，。

經過仿真信號實驗研究，設計者得到了以下的兩個結論：

（1）在未使用帶干擾觀測器自適應滑模控制系統情況下，既采用隨機風運行情況下，發電機組控制信號波動性較大，缺乏穩定控制策略，進而影響了發電機組控制質量。反之在使用這類自適應滑模控制系統的情況下，發電機組控制信號較為穩定，利用機組控制的開展。

（2）帶干擾觀測器自適應滑模控制系統使用中消耗資源較小，同時使用效果較好，因此具有較強的實用性，可以在雙饋異步風力發電機組控制中成為一種常規的控制模式。

參考文獻：

[1]夏長亮，宋戰鋒.雙饋風力發電系統轉子電流自抗擾控制[J].電工電能新技術，2007（03）.

[2]張雷.滑模變結構控制在風力發電機組變槳控制中的應用[J].電氣應用，2009（04）.

基金項目：湖南省教育廳計劃重點項目（NO.16A191）；湖南省科技計劃項目（NO.2016TP1023）。