[发明专利]直驱PMSM风力发电系统MPPT的扰动感知控制方法

说明书

针对传统PID存在参数难以整定的问题，各种改进型PID计算量大、抗扰动能力差的问题，滑模控制(SMC)存在高频抖振的问题以及自抗扰控制(ADRC)存在计算量太大、增益参数过多等问题，本发明提出了“直驱PMSM风力发电系统MPPT的扰动感知控制方法”。本发明的控制器参数具有很大的裕度，不仅具有计算量小、控制精度高、抗扰动能力强等特点，而且还具有全局渐近稳定的特性。特别是在外部环境发生剧烈变化时也不需要在线镇定增益参数，完全颠覆了经典控制理论和现代控制理论的控制策略。本发明对实现直驱PMSM风力发电系统MPPT的控制具有重大的理论意义和应用价值。

技术领域

风力发电系统、电机运行与控制。

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，或者通过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

在额定风速下，首先根据最佳叶尖速比和风速来确定风机的期望转速，或者通过PMSM的实际运行功率(可计算获得)来确定风机的期望转速，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再根据反Park变换可将同步旋转坐标系下的和变换到三相静止坐标系下的V_a、V_b和V_c，并以V_a、V_b和V_c激励SVPWM产生期望的脉宽调制信号，将其驱动逆变器以便从直驱型PMSM中获取最大输出功率，从而实现最大功率点的跟踪控制。

本发明的“一种直驱PMSM风力发电系统MPPT的扰动感知控制方法”的突出优势主要包括：(1)具有全局渐近稳定性；(2)免参数镇定；(3)结构简单、计算量小、实时性好；(4)响应速度快、无抖振、抗扰动能力强等动态品质。

附图说明

图1期望转速跟踪微分器(Tracking Differentiator,TDm)

图2转速环扰动观测器DOm

图3扰动感知控制器(Disturbance Perception Controller,DPC)，(a)转速环扰动感知控制器(DPCm),(b)d轴定子电流环扰动感知控制器(DPCd),(c)q轴定子电流环扰动感知控制器(DPCq)

图4直驱PMSM风力发电机组MPPT扰动感知控制器(MPPT-DPC)

图5直驱PMSM风力发电机组MPPT控制系统原理图