双馈异步风力发电机组常规自适应滑模控制研究

林立 陈静

摘 要：自适应滑模控制技术在风力发电机组控制中的应用，对于提高发电机组控制质量起到了不可忽视的作用。因此研究者以带干扰观测器自适应滑模控制系统为样板，开展了这一技术设计、计算以及仿真实验研究，论证其是否可以成为双馈异步风力发电机组常规控制技术。

关键词：双馈异步风力发电；自适应滑模系统；控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.174

在我国目前风力发电设备中，双馈异步风力发电机组因其特有高效性特征，成为当前最为常用的发电机组形式。但是在实际的风力发电运行中，发电机控制效率与质量的提升一直是其技术研究的重要内容。

1 自适应滑模控制原理分析

在风力发电机控制技术研究中，自适应滑模控制技术原理研究主要包括了以下几个主要组成部分。

（1）自适应模糊控制原理的应用。在当前的机械控制研究中，模糊控制技术的提出为控制技术发展起到了不可忽视的作用。区别于传统的数学模型控制技术理论，模糊控制技术充分的应用了信息化控制及鲁棒性控制理念优势，进而实现了复杂系统在不精确与不确定信息模式下的控制要求，因此其控制效果高于常规的控制方法。

（2）模糊控制与滑模控制技术的结合。为了解决模糊自适应技术在控制中存在的主要问题，提高其控制质量，技术人员将模糊控制技术与传统的滑模控制模式进行结合，形成了发电机自适应滑模技术。在这一技术的应用中，技术人员采用了稳定性与鲁棒性都较为出色模糊滑模控制器。

2 常规自适应滑模控制设计研究

这一控制模式在设计中，其主要的公式模型包括了以下内容：

首先在设计中，技术人员需要设计出一个常规滑模控制器，其控制器设计模型为：

（1）

之后將函数切换为：

（2）

在公式模型中，式中代表发电机受到的干扰切换增益；c 代表控制中的正常数，且在运算中函数；ψ代表发电机运行中转速误差变化状态系数。

且这几个函数在计算中具有以下的几个主要关系：

关系一：

关系二： （3）

关系三：

将公式三两边求导，可得以下不等式：

（4）

根据以上计算公式所得，当发电机控制系统受到的干扰d较大的情况下，数据也会较大，在这种情况下系统控制器在控制过程中，发电机桨距角执行机构就会产生一定的抖振。

因此根据发电机自适应模糊控制原理，技术人员根据带干扰观测器自适应滑模控制设计，其主要的设计内容包括了以下内容。

（1）控制装置设计模型。在设计中，技术人员为了可以有效的减轻观测风力机转速变化以及其在运行中受到的外部干扰，采用了以下的公式模型：

（5）

根据以上公式我们将滑模控制器模型设计成以下内容：

（6）

（2）控制器仿真信号分析。为了做好发电机控制系统设计论证工作，技术人员对设计完成的自适应滑模控制系统的仿真信号实验工作。在此次仿真信号的本章仿真信号实验中，技术人员使用了额定功率600千瓦的双馈异步变桨距风力发电机组。其主要的技术参数包括了以下几点：风力机转动中惯量为；发电机运行中的转动惯量为；发电运行额定风速数据为11m/s；设计中的风力机的额定转速数据为4.35 rad/s；发电机变桨距执行机构中允许的电动机位移范围指标为0-30度，其液压伺服系统运行的时间系数为ε=0.05s；其控制系统干扰观测器状态观察使用的变量系数c =20，增益，。

经过仿真信号实验研究，设计者得到了以下的两个结论：

（1）在未使用带干扰观测器自适应滑模控制系统情况下，既采用随机风运行情况下，发电机组控制信号波动性较大，缺乏稳定控制策略，进而影响了发电机组控制质量。反之在使用这类自适应滑模控制系统的情况下，发电机组控制信号较为稳定，利用机组控制的开展。

（2）带干扰观测器自适应滑模控制系统使用中消耗资源较小，同时使用效果较好，因此具有较强的实用性，可以在双馈异步风力发电机组控制中成为一种常规的控制模式。

参考文献：

[1]夏长亮，宋战锋.双馈风力发电系统转子电流自抗扰控制[J].电工电能新技术，2007（03）.

[2]张雷.滑模变结构控制在风力发电机组变桨控制中的应用[J].电气应用，2009（04）.

基金项目：湖南省教育厅计划重点项目（NO.16A191）；湖南省科技计划项目（NO.2016TP1023）。