雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常規(guī)自適應(yīng)滑模控制研究

林立 陳靜

摘 要：自適應(yīng)滑?？刂萍夹g(shù)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制中的應(yīng)用，對于提高發(fā)電機(jī)組控制質(zhì)量起到了不可忽視的作用。因此研究者以帶干擾觀測器自適應(yīng)滑模控制系統(tǒng)為樣板，開展了這一技術(shù)設(shè)計、計算以及仿真實驗研究，論證其是否可以成為雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常規(guī)控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：雙饋異步風(fēng)力發(fā)電；自適應(yīng)滑模系統(tǒng)；控制

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

在我國目前風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中，雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因其特有高效性特征，成為當(dāng)前最為常用的發(fā)電機(jī)組形式。但是在實際的風(fēng)力發(fā)電運行中，發(fā)電機(jī)控制效率與質(zhì)量的提升一直是其技術(shù)研究的重要內(nèi)容。

1 自適應(yīng)滑模控制原理分析

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制技術(shù)研究中，自適應(yīng)滑?？刂萍夹g(shù)原理研究主要包括了以下幾個主要組成部分。

（1）自適應(yīng)模糊控制原理的應(yīng)用。在當(dāng)前的機(jī)械控制研究中，模糊控制技術(shù)的提出為控制技術(shù)發(fā)展起到了不可忽視的作用。區(qū)別于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型控制技術(shù)理論，模糊控制技術(shù)充分的應(yīng)用了信息化控制及魯棒性控制理念優(yōu)勢，進(jìn)而實現(xiàn)了復(fù)雜系統(tǒng)在不精確與不確定信息模式下的控制要求，因此其控制效果高于常規(guī)的控制方法。

（2）模糊控制與滑模控制技術(shù)的結(jié)合。為了解決模糊自適應(yīng)技術(shù)在控制中存在的主要問題，提高其控制質(zhì)量，技術(shù)人員將模糊控制技術(shù)與傳統(tǒng)的滑?？刂颇Ｊ竭M(jìn)行結(jié)合，形成了發(fā)電機(jī)自適應(yīng)滑模技術(shù)。在這一技術(shù)的應(yīng)用中，技術(shù)人員采用了穩(wěn)定性與魯棒性都較為出色模糊滑?？刂破?。

2 常規(guī)自適應(yīng)滑模控制設(shè)計研究

這一控制模式在設(shè)計中，其主要的公式模型包括了以下內(nèi)容：

首先在設(shè)計中，技術(shù)人員需要設(shè)計出一個常規(guī)滑模控制器，其控制器設(shè)計模型為：

（1）

之后將函數(shù)切換為：

（2）

在公式模型中，式中代表發(fā)電機(jī)受到的干擾切換增益；c 代表控制中的正常數(shù)，且在運算中函數(shù)；ψ代表發(fā)電機(jī)運行中轉(zhuǎn)速誤差變化狀態(tài)系數(shù)。

且這幾個函數(shù)在計算中具有以下的幾個主要關(guān)系：

關(guān)系一：

關(guān)系二： （3）

關(guān)系三：

將公式三兩邊求導(dǎo)，可得以下不等式：

（4）

根據(jù)以上計算公式所得，當(dāng)發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)受到的干擾d較大的情況下，數(shù)據(jù)也會較大，在這種情況下系統(tǒng)控制器在控制過程中，發(fā)電機(jī)槳距角執(zhí)行機(jī)構(gòu)就會產(chǎn)生一定的抖振。

因此根據(jù)發(fā)電機(jī)自適應(yīng)模糊控制原理，技術(shù)人員根據(jù)帶干擾觀測器自適應(yīng)滑?？刂圃O(shè)計，其主要的設(shè)計內(nèi)容包括了以下內(nèi)容。

（1）控制裝置設(shè)計模型。在設(shè)計中，技術(shù)人員為了可以有效的減輕觀測風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速變化以及其在運行中受到的外部干擾，采用了以下的公式模型：

（5）

根據(jù)以上公式我們將滑?？刂破髂Ｐ驮O(shè)計成以下內(nèi)容：

（6）

（2）控制器仿真信號分析。為了做好發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計論證工作，技術(shù)人員對設(shè)計完成的自適應(yīng)滑?？刂葡到y(tǒng)的仿真信號實驗工作。在此次仿真信號的本章仿真信號實驗中，技術(shù)人員使用了額定功率600千瓦的雙饋異步變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。其主要的技術(shù)參數(shù)包括了以下幾點：風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動中慣量為；發(fā)電機(jī)運行中的轉(zhuǎn)動慣量為；發(fā)電運行額定風(fēng)速數(shù)據(jù)為11m/s；設(shè)計中的風(fēng)力機(jī)的額定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)為4.35 rad/s；發(fā)電機(jī)變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)中允許的電動機(jī)位移范圍指標(biāo)為0-30度，其液壓伺服系統(tǒng)運行的時間系數(shù)為ε=0.05s；其控制系統(tǒng)干擾觀測器狀態(tài)觀察使用的變量系數(shù)c =20，增益，。

經(jīng)過仿真信號實驗研究，設(shè)計者得到了以下的兩個結(jié)論：

（1）在未使用帶干擾觀測器自適應(yīng)滑?？刂葡到y(tǒng)情況下，既采用隨機(jī)風(fēng)運行情況下，發(fā)電機(jī)組控制信號波動性較大，缺乏穩(wěn)定控制策略，進(jìn)而影響了發(fā)電機(jī)組控制質(zhì)量。反之在使用這類自適應(yīng)滑模控制系統(tǒng)的情況下，發(fā)電機(jī)組控制信號較為穩(wěn)定，利用機(jī)組控制的開展。

（2）帶干擾觀測器自適應(yīng)滑模控制系統(tǒng)使用中消耗資源較小，同時使用效果較好，因此具有較強的實用性，可以在雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制中成為一種常規(guī)的控制模式。

參考文獻(xiàn)：

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基金項目：湖南省教育廳計劃重點項目（NO.16A191）；湖南省科技計劃項目（NO.2016TP1023）。