永磁同步风力发电机组非线性控制策略研究

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随着风电产业的蓬勃发展,人们对风力发电系统的安全可靠性、发电效率和发电质量等提出了更高的要求,先进的风力发电控制技术在满足这些发电性能要求上有着不可替代的作用,因此保证风力发电系统安全稳定运行及实现最大风能跟踪的控制策略逐渐成为风力发电行业的研究热点。  风力发电系统是一个具有较强非线性的被控对象,而在实际中却常常采用PI控制,主要原因是因为建立精确的非线性模型比较困难。但是若试图基于一个数学模型来描述被控对象及其工况,往往不能达到满意的控制效果。  复杂系统的多模型切换控制的研究受到人们的重视,多模型方法是对非线性系统用多个线性模型来逼近,被认为是处理非线性系统常用的方法和技术。采用多模型PI控制,在风速变化范围内对风速进行分区,在不同运行区域,选取风力发电系统的多个运行点,得到多个线性化模型,根据不同运行区域的控制要求,并依据软切换控制策略来适应被控对象的参数突变,同时保证了闭环系统的稳定性和输出跟踪误差的渐近收敛性。  但是风力发电系统非线性部分足够光滑,可以使用反馈线性化控制。在中心流形理论在关于非线性系统零点平衡状态问题中,可以为非线性系统在临界情况下的稳定性设计出各种稳定控制律。同时滑模变结构控制由于其变结构控制系统所呈现出的特有性质,在常规的反馈控制器上加上滑模变结构控制,就可以提高系统的抗干扰性能。结合上述特点,本章把中心流形理论的零动态设计原理和滑模变结构控制策略相结合,设计了新型非线性控制器,首先运用中心流形理论的零动态设计原理将非线性风力发电系统模型线性化,然后用滑模变结构控制理论对此线性系统设计控制器。一则,可以利用滑动模块,减少系统建立对于精确数学模型的依赖性;再则,线性化也有助于建立线性滑模函数。  最后把两种方法在Matlab/Simulink中建立了永磁同步风力发电控制系统的仿真模型,仿真结果表明了控制方法的有效性和合理性。
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