基于有限时间控制的风电机组恒功率控制

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1、第33卷第12期可再生能源Vol.33No.122015年12月RenewableEnergyResourcesDec.2015基于有限时间控制的风电机组恒功率控制冯浩，霍志红，胡学彬（河海大学能源与电气学院，江苏南京211100）摘要：针对风力机组的恒功率控制问题，提出了一种基于有限时间控制的方法，分别设计浆距角和转速控制器。通过调节桨距角，使风电场有功功率输出在有限时间内收敛到给定值；转速控制器对发电机的d，q轴电压Ud和Uq的控制，实现转矩响应和转速在有限时间内收敛到期望值。有限时间控制器可实现机组有功功率输出在有限时间内收敛到给定值。仿

2、真结果表明，设计的控制方法是有效的。关键词：有限时间控制；风力发电；恒功率；浆距角；转速中图分类号：TK89文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）12-1831-04DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.12.0130前言种基于有限时间控制技术的控制器设计方法，将在基于分层结构的风电场有功功率控制系统浆距角控制和转速控制看作2个子系统分别设计中,场级集中控制层会在每个风电场有功功率分控制器，解决了半直驱永磁同步发电机恒功率输配周期,调整各风电机组的有功功率参考值,以此出难以实现有限时间控制的困难

3、。控制器设计是保证整个风电场的有功功率输出能够实时跟踪电根据Lyapunov稳定性理论对系统有限时间控制网调度值。当有功功率参考值小于机组最大可发的稳定性进行分析，实现了浆距角和转速可以在功率时,机组本地控制层需通过调节机组的转速有限时间内收敛到给定的参考值。和桨距角,使其有功功率输出在每个分配周期内1半直驱永磁同步风电机组理想的模型快速收敛到有功功率参考值，并保证系统的稳定1.1系统描述运行。风电机组有功功率输出由桨距角和转速共同从非线性系统优化的角度看,有限时间收敛决定，机组本地控制层通过变桨控制器和转速控的控制方法是时间最优的控制方法。有

4、限时间控制器对浆距角和转速的调节，以实现机组有功功制的目的是使状态在有限时间内到达平衡点。有率输出在有限时间内收敛到给定的参考值。由于限时间稳定性意味着有限时间收敛和Lyapunov风速的不确定性，因此，风力发电机组的恒功率控稳定。有限时间稳定系统的特性：①在平衡点具有制需要使得机组有功功率输出在风速干扰下能够更好的收敛特性；②具有更好的抗扰动性能。现有有限时间内收敛到其参考值。另外，为了使整个风的风力发电系统研究文献涉及的均为无限时间收电场的有功功率输出能够快速收敛到电网的调度敛的控制方法，有限时间的控制方法与非有限时值，风电场控制层需要实时

5、调整风电场内各机组间的控制方法相比不仅有快速收敛特点，而且还的有功功率的参考值。对于单台风力机组而言，有有更好的鲁棒性。解决有限时间控制问题可借助功功率参考信号是一个跃阶信号。对于跃变的有有限时间稳定性理论、齐次系统方法、Lyapunov功功率参考信号，其跃变初始时刻导数是不存在稳定性定理。的，增加了风力机组控制器的设计难度。本文对半直驱永磁同步发电机模型提出了一基于有限时间控制技术的风电机组恒功率控收稿日期：2014-07-15。作者简介：冯浩（1988-），男，硕士研究生，研究方向为风电场优化调度策略。E-mail：gzzyfh@163.c

6、om·1831·可再生能源2015，33（9）制方法的控制框图如图1所示。釆用有限时间稳定性理论设计转速控制器,.其步骤主要分为3步：有限时间Prefd控制器Plref①定义第一个有限时间控制Г1ββVdГ=z-z（4）变桨距控制器变桨距执行机构111d最优功率转速曲线Pl式中：z为z给定的期望值ω。选择Г为虚拟状1d1ref1态变量，构成第一个子系统，根据式（2）,可得其系.ωrefdTω统方程：有限时间u控制器ωrefdudq永磁同步ωg转速控制器发电机....风力机Г1=z1-z1d=z2-z1d+δ（5）图1半直驱永磁同步风力发电机组有

7、功功率控制～～定义δ为δ估计值，且参数估计误差δ可得：Fig.1Half-directpermanentmagnetwindpoweractive～～powercontrolδ=δ-δ（6）1.2半直驱永磁同步风电机组理想的模型②定义第二个有限时间控制Г2半直驱永磁同步风电机组理想的模型为Г2=z2-z2d（7）.1T+ΔT3ni式中：z为z给定的期望值，选择Г为虚拟状态ωωpq2d22ωg=（-Bωg-）JN2变量,构成第二个子系统，根据式（9）,可得其系统.ωRsnpg1i=-i-nωi-+u（1）qqpgdq方程：L

8、LL.R...δ.s12i=i+nωi+uГ2=z2-z2d=Lh（x）-B+V1-z2d（8）dLqpgqLdf1J式中：u，u分别为定