[发明专利]基于扰动观测和全局快速积分滑膜的海上风电控制系统

权利要求书

1.一种基于扰动观测和全局快速积分滑膜的海上风电控制系统，其特征在于：包括海上风力涡轮机、双馈感应发电机、最优角速度跟踪模块、全局快速积分滑膜控制模块；

所述海上风力涡轮机，用于将捕获的海上风能转化为机械能；

所述双馈感应发电机，用于将所述机械能转化为电能；

所述最大功率点跟踪模块，用于考虑未知误差以计算当前时刻的变式功率系数曲线；基于所述变式功率系数曲线，采用扰动跟踪策略计算最优角速度；

所述全局快速积分滑膜控制模块，用于采用PI控制策略来控制电流，在外环控制器中，设定滑模面函数并采用全局快速控制律进行控制，以快速调整至最佳角速度。

2.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测和全局快速积分滑膜的海上风电控制系统，其特征在于：所述最大功率点跟踪模块计算当前时刻的变式功率系数曲线的步骤包括：

步骤S11：基于未知误差，对所述海上风力涡轮机捕获的海上风能进行修正，表达式为：

式中，ρ表示空气密度，R表示动叶长度，C_p表示功率系数，W_wt表示涡轮机械角速度，λ表示叶尖速比，e表示误差系数，P_wto(k-1)表示前一时刻海上风速的实际最优功率，W_wto(k-1)表示前一时刻海上风速的实际最优转速，λ₀＝8.1；

步骤S12：基于所述海上风能计算变式功率系数：

式中，Y(k)表示当前时刻的变式功率系数。

3.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测和全局快速积分滑膜的海上风电控制系统，其特征在于：计算最优角速度的方法包括以下步骤啊：

步骤S21：基于所述变式功率系数曲线，计算对应的叶尖速比；

步骤S22：当所述叶尖速比有多个解时，采用扰动跟踪策略进行选取；

步骤S23：基于步骤S22得到的叶尖速比，采用小步长△w_wt进行扰动以跟踪最优角速度。

4.根据权利要求3所述的一种基于扰动观测和全局快速积分滑膜的海上风电控制系统，其特征在于：步骤S22中所述扰动跟踪策略进行停止跟踪的表达式为：

|P_wtoi(k)-P_wtkoi(k)|≤η

式中，P_wtoi(k)表示当前功率系数变式值对应的第i个最大功率，P_wtoki(k)表示最优功率曲线算出的第i个最大功率，η表示停止跟踪阈值；A₀(k)表示最优常数，W_wtoi表示当前功率系数变式值对应的第i个最大转速。

5.根据权利要求3所述的一种基于扰动观测和全局快速积分滑膜的海上风电控制系统，其特征在于：步骤S23中采用小步长△w_wt进行扰动，停止扰动的表达式为：

式中，γ表示停止扰动阈值。

6.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测和全局快速积分滑膜的海上风电控制系统，其特征在于：所述滑模面函数s的表达式为：

式中，p＞0，q＞0，α₁＞1，0＜α₂＜1，x表示状态变量，t表示时间。

7.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测和全局快速积分滑膜的海上风电控制系统，其特征在于：采用全局快速控制律进行控制的方法包括以下步骤：

步骤S31：在不考虑干扰项的情况下，计算等效控制项；

步骤S32：在考虑干扰项的情况下，设定切换控制项；

步骤S33：基于所述等效控制项和切换控制项，得到全局积分滑膜的控制律。