[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

说明书

本发明提供了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，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；海上风力涡轮机，用于将捕获的海上风能转化为机械能；双馈感应发电机，用于将机械能转化为电能；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；基于变式功率系数曲线，采用扰动跟踪策略计算最优角速度；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。

技术领域

本发明涉及海上风电技术领域，具体涉及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。

背景技术

替代化石能源的新能源越来越受到人们的关注，海上风能目前受到各国青睐，预计到2030年将占全球能源需求的20％。

最大功率点跟踪MPPT一直是海上风力发电系统的研究热点之一。在众多方法中，摄动观测法不要求提前获取海上风速值。通过简单地对涡轮转子的角速度施加一个摄动，涡轮输出功率可以沿着功率速度曲线移动到最大功率点。然而，这种方法也有缺点，如果使用较大的步长LSPO，最大功率点MPP周围会形成较大的稳态振荡。如果使用更小的步长SSPO，跟踪速度会更慢。

为了解决现有技术中扰动观测方法的不足，通常利用估计的海上风速粗略计算出最优海上风速，然后用小步跟踪到真正的最大功率点的方法。使用海上风速估算计算的值将功率速度曲线划分为几个区域，每个区域使用不同的步长或使用海上风速估计计算的值更新最优常数，然后计算最大功率点。微扰观测方法与多项式海上风速估计方法相结合可以在提高跟踪速度的同时减少稳态振荡，但在过程中会产生多解问题，会导致较大的误差。

发明内容

本发明提出了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，以解决微扰观测方法与多项式海上风速估计方法相结合时，误差较大的解决问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了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，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。

优选地，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。

优选地，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；