自适应控制在变速风力发电系统中的应用

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1、!""&年(月控制工程87-9!""&第((卷第(期+,-./,01-23-44/3-2,5+63-7:,09((，;,9(!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号：(%*($*’&’（!""&）"($""*%$"#自适应控制在变速风力发电系统中的应用钱坤，谢寿生，高梅艳（空军工程大学工程学院，陕西西安*(""#’）摘要：针对变速风力发电系统提出了一种自适应反馈线性化控制器。该控制器通过对涡轮轴转矩的自适应估算，将其作为参考转矩提供给磁场定向控制的鼠笼式异步电机。异步电机通过变速箱与

2、涡轮轴相连接。反馈线性化控制器用于保持涡轮转速与用户自定义的辅助输入量的线性关系。控制器的参考转速是风速的函数，它的选择随风力状况的变化而变化，目的是为了获取最大风能。仿真结果表明，该控制器能够获取最大可用风能，控制效果良好。关键词：风力涡轮；转矩；自适应控制器；反馈线性化；磁场定向控制中图分类号：<=!*#文献标识码：>用这些估算出的参数消除被控装置的非线性，自!引言适应控制器按照线性控制理论设计。非线性风力风能是现有的可再生能源技术中最经济的。发电系统的仿真结果表明，控制效果良好。现代高质量的风力涡轮发电机可靠率达)’?以［(］"涡轮及磁场定向控制的异步电机模型上，高

3、于其他任何发电技术。因此，实现风力发电系统的优化控制具有重要的研究价值。如果忽略传动过程中能量损失，涡轮轴的转典型风力涡轮的输出功率!不仅与发电机矩可以表示如下：转速!有直接的关系，而且还随当前风速"的变$(／!!"’（#）)#"!（(）%&(化而变化。当风速恒定时，对于不同的发电机转速#&!)／"，’(&’*／#（!）!，总存在某一特定转速!#，使得涡轮输出功率式中，)是涡轮半径；!是涡轮转速；#是叶尖圆达到最大值!。如果此时风速发生变化，涡轮周速度与风速的比率；’为风能利用率。@7A*输出功率最大值工作点将发生漂移，这表明当风依据D4.E()!%年的发现［F］，即使无

4、损失的功速发生变化时，为了达到涡轮最大输出功率点，发率削减是可能的，也仅有F)?的风能被涡轮吸电机转速也应随之变化。一般说来，使用传统的收，即’*D4.EG"HF)。对于#值较小的涡轮，若把［!］。=BC控制器可以实现对风力发电系统的控制涡流损失计算在内，’值可能降至"H&!。’*D4.E*但由于系统存在严重的非线性，当工作设置点发值随涡轮转速和风速的变化而变化，还与涡轮自生变化时，=BC控制参数也要做相应的最优调整。身的设计构造有关。经实验室测试分析，额定功模糊控制器可以通过对工作设置点的模糊辨识解率为(H%FIJ的某涡轮的风能利用率’的最*决这一难题［#］，但它不能实

5、现最优控制。自适应大值为"H&F*，相应地，获取涡轮最大输出功率的控制器通过对被控装置不确定参数的在线估算和#值为’H"’。控制器参数的自适应调整，可以优化整个系统的设定平均风速"G’@／K，涡轮叶片半径动态特性而实现最优控制。)G#H#@，涡轮转速!G(’H*/／@3-，根据式（!）本文提出了一种自适应控制策略，由成本较可以计算出#。对于不断变化的风速，如果涡轮低的鼠笼式异步电机代替双馈异步电机。该系统转速总能与风速保持如下最优关系，则可保证涡采用李雅普诺夫参考模型自适应控制算法［&］，风轮能获取最大风能。力状况一旦发生改变，自适应控制器便持续估算!,L.&#,L.／)

6、"（#）被控装置的不确定参数，同时，反馈线性化模块利磁场定向控制的异步电机模型采用M3-2$MN收稿日期：!""#$"%$"&；收修定稿日期：!""#$"’$(!作者简介：钱坤（()**$），男，湖南常德人，讲师，博士研究生，主要研究方向为自适应控制、智能控制和大系统优化控制。第*期钱坤等：自适应控制在变速风力发电系统中的应用·++·［)］，结构方块图机转速为!"#$和%$&’(#提出的控制模型如图*所示。电流控制器作为磁场定向控制的一!"*0（"234／(）4（*5）部分，实现对电流!和!解耦输出。.*!""#$#-!（**）希望闭环系统指数稳态误差的动态表达式：).1

7、5.*5（*,）要实现式（0），必须合理地选择辅助输入量%，利用式（0），（**）和（*,）可得："%*)!15.（*1）式中，5是设计参数，在此选取56*，速度控制器的动态误差衰减到零大约需要历时."。图!异步电机的磁场定向控制方块图$自适应控制律的设计根据78#&和9:;<24$&8得出的结论［/］，如果："反馈线性化系统结构.（,）*!（#）［5!!（,）"（,）］（*-）式中，.（,）是标量，!（#）严格正定，5是已知信输入输出线性化的目的是，通过状态反馈和号的未知常数，!是关于时间,的/6*维矢量函状态转换，使辅助输