永磁直驱风电系统功率优化滑模控制方法研究

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1、工程硕士学位论文永磁直驱风电系统功率优化滑模控制方法研究RESEARCHONPOWEROPTIMIZATIONSLIDINGMODECONTROLOFDIRECT-DRIVENPERMANENTMAGNETSYNCHRONOUSWINDGENERATORSYSTEM丁丹玫哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TM614学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文永磁直驱风电系统功率优化滑模控制方法研究硕士研究生：丁丹玫导师：郑雪梅副教授申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：

2、2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM614U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPOWEROPTIMIZATIONSLIDINGMODECONTROLOFDIRECT-DRIVENPERMANENTMAGNETSYNCHRONOUSWINDGENERATORSYSTEMCandidate：DingDanmeiSupervisor：Asso.Prof.ZhengXuemeiAcademicDegreeApplie

3、dfor：MasterofEngineeringSpecialty：ElectricalEngineeringAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着全球环境污染和能源危机日益严峻，风力发电作为一种清洁、无污染的可再生能源在解决这些问题上有着不可替代的作用，其中，永磁直驱风力发电系统(D-PMSG)因其体积

4、小、成本低、发电效率高、结构简单、可靠性高等优点，成为了风电领域的研究重点。本文针对D-PMSG风电系统机侧部分，深入研究了全风速下的功率优化控制策略及其中的无传感器控制策略。本文首先建立了D-PMSG风电系统的数学模型，并进行了风力机最大风能追踪(MPPT)机理的分析，确定了低风速下采取基于定桨距的最佳叶尖速比控制方案，设计了双闭环全阶无抖振滑模控制器。根据当前风速应用最佳叶尖速比法得到参考转速，再通过全阶无抖振滑模控制器实现对电机的转速、电流控制，使发电机实际转速跟踪参考转速，实现额定风速以下的MPPT控制。其次，为了在高风速下抑制转速

5、和输出功率的波动，设计了鲁棒自适应变桨距控制器。在模型参数未知不确定的情况下，引入复合误差变量，设计了鲁棒自适应控制律与自适应参数的更新率。在适当地选取设计参数后，鲁棒自适应变桨距控制器能够抑制转速超速，实现系统的恒功率运行，并且具有有比模糊控制和PID控制更小的波动幅度和更快的调节速度。然后，为了进一步的抑制输出功率的波动，在变桨距控制的基础上结合转矩控制，设计了功率平稳输出控制策略。采用变桨距控制，调节风机输出的机械功率，同时通过转矩控制，快速地平抑功率波动，保证系统恒功率运行。这样，利用转矩控制的快速性改善和优化了系统输出功率特性。将

6、低风段与高风段的控制策略相结合，在额定风速以下时采用定桨距下基于最佳叶尖速比法的全阶无抖振滑模控制模式，额定风速以上时，采用变桨距控制与转矩控制相结合的功率平稳输出控制模式，实现全风速下的功率优化控制。最后，为了减小成本，增加系统可靠性，提出一种自适应全阶滑模观测器来实现无传感器控制，将全阶无抖振终端滑模控制与自适应控制相结合来估计转速和转子位置。基于永磁同步电机的电压平衡方程，设计全阶终端滑模面，通过控制律的设计，削弱了控制量的抖振。运用自适应控制来提取反电动势估计信号，通过自适应律来提取转速估计信号，得到平滑的转速与位置估计值。关键词：

7、永磁直驱风电系统；全阶终端滑模控制；最大风能追踪控制；变桨距控制；无传感器控制；-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththeworldenvironmentalpollutionandenergycrisisaregettingserious,windpowerasaclean,renewableenergyhasmaderapiddevelopment.Thedirectdrivepermanentmagnet(D-PMSG)windpowersystemhasbecomethefocusinwindpowersys

8、temasforthefeaturesofsmallersize,lowercost,highergenerationefficiency,simplerstructureand