[发明专利]直驱型PMSM风电系统MPPT的准PI扰动感知控制方法

说明书

针对传统PID存在参数整定的困难，国内外众多学者将先进的信号处理技术融入到PID框架之中来提高其性能，如自适应PID、非线性PID、模糊PID、神经元PID、专家PID等。各种改进型PID尽管解决了参数整定难题，却仍然存在局部稳定和抗扰动能力有限的局限性。本发明的一种直驱型PMSM风电系统MPPT的准PI扰动感知控制器只需要镇定一个速度因子，因而控制器结构简单、还具有控制精度高、鲁棒稳定性好、抗扰动能力强等特点。特别是在随机风速突变的极端情况下，本发明的扰动感知控制方法也能实施有效控制，开辟了控制理论新方向。本发明对实现直驱型PMSM风电系统MPPT的控制具有重大的理论意义和应用价值。

技术领域

本发明涉及一种风力发电系统最大功率点跟踪的控制方法，尤其涉及一种准PI扰动感知控制方法。

背景技术

风能作为当今社会最具经济价值的绿色能源之一，已得到了世界各国的普遍关注和大力发展。随着永磁直驱式风力发电系统装机容量的不断增大，如何可靠并有效地利用风能成为风力发电技术的研究热点。整机大型化和控制技术智能化是当今风力发电系统的两大发展趋势。最大功率点跟踪(maximum power point tracking，MPPT)是风电机组整机控制应用最为广泛的技术。目前关于最大功率点跟踪控制，国内外学者先后提出了最佳叶尖速比法、功率信号反馈法、爬山搜索法、最优转矩法等算法以及相关改进算法，但这些算法在工程应用中存在不同程度的缺陷。在实际工程中，多数运行机组仍采用基于最大功率曲线的最优转矩法，即根据机组设定功率曲线(或制成离散表格)利用转速对机组施加控制，这种控制算法结构简单、运行稳定、可靠性高，较适合于当前大型风电机组。但实际机组相关曲线不易准确获取，同时外界环境因素变化易较大程度改变实际运行曲线，导致机组输出功率受到影响，机组发电效率降低。为此，当务之急是构建一种结构简单、参数镇定容易、动态品质好、抗扰动能力强的跟踪控制新方法。该方法以最佳叶尖速比和风速来确定风机的期望角速度，运行一段时间后，再通过PMSM实际运行功率来确定风机的期望角速度，通过对风机转速的控制来获取q轴指令电流进而通过电流控制环节来获取指令电压和从而实现MPPT控制。

发明内容

本发明提供一种直驱型PMSM风电系统MPPT的准PI扰动感知控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)由于风机期望机械角速度是一个时变物理量，因此，使用风机跟踪微分器TDm对风力机期望角速度进行跟踪并获取相应的微分信息，即使用风机跟踪微分器TDm的输出v₁和v₂分别跟踪和即从而建立风机角速度跟踪误差e_m＝v₁-ω_m，误差e_m的积分项并定义转速环准PI扰动感知控制器输出的q轴电流的期望指令为：

其中，速度因子700≤z_m≤1000，b₀＝-1.5p_nψ_f/J，p_n是永磁同步电机PMSM的极对数，ψ_f是PMSM的转子永磁体磁链，J是风机的转动惯量，t是时间变量；

2)根据1)获得q轴电流的期望指令后，建立q轴电流跟踪误差为并定义q轴电流环准PI扰动感知控制器输出的q轴指令电压为：

其中，速度因子700≤z_q≤1000，误差为e_q的积分项L_q是q轴电感分量；

3)根据d轴电流期望值建立d轴电流跟踪误差为定义d轴电流环准PI扰动感知控制器输出的d轴指令电压为：