基于改进滑模控制算法的低风速风力机MPPT控制研究

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随着高风速理想风电资源的开发耗尽,拥有巨大风能总量和高利用率的低风速区逐渐成为有力的发展点。对于有外部干扰和电气特性参数未知的情况下,滑模控制具有良好的鲁棒性,因此在风力机最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)阶段被众多学者广泛的应用。然而,高强度的湍流和复杂的风况使得低风速区的转速跟踪效果变差,传动链上的载荷也对风力机的寿命起着至关重要的作用。一方面,过度追求高风能捕获效率造成电磁转矩的剧烈波动,无形中大大地增加了风力机系统的载荷,从而引起风力机系统的不稳定;另一方面,采用传统滑模控制方法实现最大功率点跟踪很难得到满意的风能捕获效率。因此,针对上述问题,本文提出了两种改进滑模改进策略,主要结果如下:(1)针对风力机MPPT过程中,由于追求高风能捕获效率而造成风力机系统载荷增加的问题。本文采用功率跟踪误差代替转速误差,考虑到积分作用可以加速跟踪响应的过程,将功率跟踪误差及其积分作为滑模面,并采用模糊控制方法设计滑模控制器的参数。最后通过李雅普诺夫稳定性理论证明了本文所设计的动态模糊积分滑模控制器在理论上是有效的,并且通过仿真进一步证明了该控制方法能够在保证较低传动链载荷的同时尽可能的提高风能捕获效率。(2)传动链的载荷对风力机的寿命起着至关重要的作用,但是传统的滑模控制方法会增大风力机的载荷,考虑到跟踪最优转速会导致电磁转矩的剧烈波动从而增大风力机传动链的载荷。为此,本文提出了一种基于负载的新型风力机滑模控制即双积分滑模控制器,利用李雅普诺夫函数分析了稳定性,并与普通滑模控制器进行了比较。结果表明,该控制器不仅保证了风力机系统在MPPT阶段具有较低的传动链载荷,并且使得风能捕获效率得到提高。
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