基于中心流形理论风力发电系统非线性控制策略研究

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1、研究与开发基于中心流形理论的风力发电系统非线性控制策略研究刘军段韬(西安理工大学自动化学院，西安710048)摘要针对基于PI控制的风力发电系统难以精确的实现大范围的最大风能跟踪控制。该文把中心流形理论的零动态设计原理和滑模变结构控制策略相结合，设计了新型非线性控制器。首先运用中心流形理论的零动态设计原理将非线性风力发电系统模型线性化，然后用滑模变结构控制理论对此线性系统设计控制器。仿真结果表明，在阶跃风和组合风下，风力发电机转子在较大风速变化范围内都能迅速跟踪上给定的参考转速，实现了最大风能跟踪的精确控制，而且该系统具有良

2、好的动态性能和鲁棒性。关键词：永磁同步电机；组合风速；中心流形理论；滑模变结构控制TheResearchofPermanentMagnetDirect-driveWindTurbineNonlinearControlStrategyf“，，zDnanTao(CollegeofAutomation，Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048)AbstractForthewindpowergenerationsystembasedonPIcontroliSdificulttoaccuratel

3、yimplementawiderangeofmaximumwindpowertrackingcontro1．Inthispaper，Basedonthezerodynamicdesignprincipleofcentermanifoldtheoryandslidingmodevariablestructurecontrolstrategy．Thenewnonlinearcontrollerisdesigned．Firstofa11．throughthezerodynamicsdesignprincipleofcenterma

4、nifoldtheory，linearizationofnonlinearwindpowersystemmodel，andthenusetheslidingmodevariablestructurecontroltheorytodesigncontrollersforlinearsystems．Thesimulationresultsshowthat，Underthestepwindandcombinationwind，windpowergeneratorrotorcanquicklytrackthegivenreferen

5、cespeedinthelargechangerangeofwindspeed，toachieveaprecisecontrolofthemaximumwindenergytracking，andthedynamicperformanceandrobustnessisperfromedbyusingtheMatlab／Simulinkenvironment．Keywords：permanentmagnetsynchronousgenerator；thecombinationofwindspeed；thecentermanif

6、oldtheory；theslidingmodevariablestructurecontrol由于永磁同步风力发电系统具有机械损耗小、重要的位置，其基本理论已发展得相当完善。但是运行效率高、安全可靠、便于维护等优点，近年来，实际的系统绝大多数都是非线性的，对外部扰动和得到了广泛的运用。参数变化也比较敏感，控制效果往往不理想。永磁同步风力发电系统的最大风能跟踪通常采近几十年来，以微分几何和微分对策为基础的用PI控制器，虽然PI控制对系统内部参数的变化非线性控制理论快速发展，其中非线性系统的零动和外部干扰具有一定的适应能力，但

7、是由于控制器态线性化设计方法，因其构思比较巧妙，往往能得参数是固定值，所以当外部干扰较大时，系统的性到较好的设计效果[21。能会受到较大影响，甚至不稳定[1】。由于滑模变结构控制具有对干扰的不变性和降在现代控制理论与应用中，线性系统占据非常阶特性等特点，越来越受到人们的重视。在常规的2015~g8患l_l技柬l1研究与开发反馈控制器上加上滑模变结构控制，可以提高系统式中，P为极对数；、为d、q轴的磁通；的抗干扰能力。和为定子d轴和q轴电感，同时Ld=Lq=L：id和因此，本文把两种方法相结合，运用于永磁同i。为定子d轴和q轴

8、电流；O0m为永磁同步电机磁通。步风力发电机最大风能跟踪控制上，既可以减少系1．3风力发电系统模型统对精确数学模型的依赖性，同时线性化也有助于在dq同步旋转坐标系下，永磁同步发电机的模建立线性滑模函数。型如下、1风力发电系统模型1．1风速模型风力发电系统中，组合风速可以较好的反映自然风速的