[发明专利]一种基于负载的低风速风力机双积分滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种基于负载的低风速风力机双积分滑模控制方法，通过控制器、风力机系统和发电机组成的非线性系统实现，采用发电机电磁转矩和低风速转矩之间的标准差作为转矩跟踪误差，加入双积分作用加速对于转矩的跟踪，以发电机的电磁转矩作为发电机的输出来控制风力机实际的转矩。本发明以发电机的电磁转矩作为发电机的输出来控制风力机实际的转矩，这样可以提高风能捕获效率，并尽可能的降低传动链的载荷问题，减小发电机电磁转矩的波动。

技术领域

本发明涉及风力机控制领域，特别涉及一种基于负载的低风速风力机双积分滑模控制方法。

背景技术

近年来，随着高风速的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。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发电机的寿命起着至关重要的作用。风力机最大功率点跟踪(maximum power point tracking，MPPT)控制追求高风能捕获效率，从而获取更多的风能，再转化成电能。低风速风力机MPPT控制有很多种经典控制方法，其中叶尖速比法有着良好的控制效果。

经研究发现，叶尖速比法是通过实时监测风速，计算出响应的叶尖速比最佳转速值，在通过调整发电机转矩来实现调速，使得风力机获取最大风能。但是，该控制方法具有局限性，在实际上的搜索转速与最大风能捕获但存在误差。并且该控制方法取得良好的跟踪效果使得发电机的电磁转矩产生了剧烈的波动，造成较大的传动链载荷，影响风力机的使用寿命。

发明内容

为了解决上述技术存在的问题，本发明提供一种基于负载的低风速风力机双积分滑模控制方法，能够在提高风能捕获效率的同时，有效的降低传动链载荷，减小发电机电磁转矩的波动。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种基于负载的低风速风力机双积分滑模控制方法，通过控制器、风力机系统和发电机组成的非线性系统实现，采用发电机电磁转矩和低风速转矩之间的标准差作为转矩跟踪误差，加入双积分作用加速对于转矩的跟踪，以发电机的电磁转矩作为发电机的输出来控制风力机实际的转矩，其中，发电机电磁转矩参考值式中，w_g为发电机的转速，k_opt为最佳转速时的比例常数，n_g为传动比。，式中为最佳叶尖速比，R为风轮的半径，C_pmax为风力机运行时风能利用系数最大值。

最佳叶尖速比式中v为风速，w_r为风力机的风轮转速，通过卡尔曼滤波和牛顿-拉夫逊的方法，获取到估计风速v。

根据发电机的电磁转矩和低速轴的转矩，设计风力机控制率，具体步骤为：

步骤A、引入双积分作用，定义转矩跟踪误差e₁＝T_opt-T_g，e₂＝∫(T_opt-T_g)dτ，e₃＝∫{∫T_opt-T_g}dτ；

步骤B、定义滑模面s＝a₁e₁+a₂e₂+a₃e₃，a₁、a₂、a₃是常数。

步骤C、可得控制器的控制率为：

设计滑模面：

选取李雅普诺夫函数，其步骤为：