[发明专利]一种永磁半直驱风力发电机组最大功率跟踪方法

说明书

本发明公开了一种永磁半直驱风力发电机组最大功率跟踪方法，包括以下步骤：S1：建立永磁半直驱风力发电机组的数学模型；S2：建立永磁半直驱风电机组的自抗扰控制器模型；S3：设计新型控制函数替代常见的开关函数，用滑模控制的方法对自抗扰控制器中的NLSEF和ESO改进；S4：建立改进的SMC‑ADRC。其优点：提出基于滑模—自抗扰控制的最佳叶尖速比的改进控制策略，保留自抗扰原有抗扰能力的基础上，简化了参数整定，加快了系统响应速度，增强了系统的鲁棒性；通过实时检测的风轮角速度和风速，结合滑模—自抗扰控制器即可保证风机输出功率稳定，对动态学要求较低，具有计算迅速、控制精确、反应灵敏等优点，适用范围广，结果稳定可靠。

技术领域：

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种永磁半直驱风力发电机组最大功率跟踪方法。

背景技术：

随着资源危机和环境污染不断加重，能源问题越来越受到世界各国的重视。风电在各种新能源发电中发展迅速，同时也带来了极大问题的技术和挑战。风力发电的基本原理是先利用风力机叶片将风能捕获并转化为机械能，再利用风力发电机将机械能转化为电能。在随机变化的风速中，需要不断调节风电机组的转速随风速变化，使叶尖速比时刻保持最大值，使风电机组输出功率跟踪最大功率(MPPT)。因此，最大功率跟踪控制器在风力发电机组中起着至关重要的作用，控制策略的优越性直接影响到机组的运行状态和经济效益。

目前常见的最大功率跟踪控制方法主要有四种：爬山法、功率信号反馈法、最优转矩法、最佳叶尖速比法。其中爬山法在风速信息和风电机组特性未知情况下，人为施加转速扰动变化量，根据发电机输出功率的变化确定风机转速的控制增量，通过控制发电机电磁转矩使得风机转速趋于给定，反复执行上述搜索策略，直到机组运行在最大功率点。在爬山法中，最大功率是通过多次迭代获得的，因此对快速变化的风速的扰动性差。功率信号反馈法需要测量出风电机组的转速信息及该转速所对应的风电机组的最大输出功率，将它作为风电机组的额定输出功率，与实际功率经过误差调节器进行控制，以实现对最大功率点的跟踪。该方法需要测定风电机组转速和功率，并事先通过实验获得最优功率曲线，因此增加了跟踪控制的成本。最优转矩法是根据最优风机转速-转矩曲线，通过转矩闭环控制，使得发电机电磁转矩实时跟踪此最优曲线，使风电系统运行在最大功率点对应的电磁转矩。此方法需要提前获取最优风机转速—转矩曲线。

最佳叶尖速比法通过实时调节发电机的转速来保持最佳叶尖速比，从而使风电机组输出功率跟踪最大功率，这种控制方法容易理解，实现简单。但目前，基于最佳叶尖速比法的最大功率跟踪控制器主要采用PI控制策略，在控制过程中，由于风电机组的非线性、风速的随机变化、风轮的惯性等参数摄动，使得传统的PI控制参数整定复杂、响应速度慢，并不能满足控制性能的要求。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种新的最大功率跟踪控制器，在传统最佳叶尖速比方法的基础上结合自抗扰控制与滑模控制构造滑模自抗扰控制器，简化最大功率跟踪过程中的参数整定过程，提高系统响应速度及系统鲁棒性。

本发明由如下技术方案实施：一种永磁半直驱风力发电机组最大功率跟踪方法，其包括以下步骤：

S1：建立永磁半直驱风力发电机组的数学模型；

S2：建立永磁半直驱风电机组的自抗扰控制器模型；

S3：用滑模控制的方法对自抗扰控制器中的NLSEF和ESO改进；设计新型控制函数替代常见的开关函数：

选择l(e₁)＝-γtanh(s)-η|X|s；

其中，q为0到1之间的任意参数；

S4：基于S3建立的跟踪微分器TD、SM-ESO、SM-NLSEF，得到改进的滑模自抗扰控制器SMC-ADRC。

优选的，S2中的所述自抗扰控制器模型为：

进一步写为：