風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率解耦的控制方案

張長志　周連升　賀欣　曹曉男　王建軍　林琳

摘 要： 針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率解耦控制存在時滯誤差的問題，提出基于LM?Smith時滯補償和誤差修正的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率解耦控制方法，構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制輸入輸出的參量模型，以及控制目標函數(shù)。采用LM?Smith算法進行參量的全局最優(yōu)解計算，以最優(yōu)解為訓(xùn)練向量進行時滯補償和功率解耦控制，實現(xiàn)控制誤差修正。仿真結(jié)果表明，采用該方法控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，功率的解耦性較好，提高了輸出功率增益，在較大的負載范圍內(nèi)能有效實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出。

關(guān)鍵詞： 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)； 功率解耦； LM?Smith算法； 時滯補償

中圖分類號： TN710?34； TP724 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）05?0183?04

Abstract： Since the power decoupling control of the wind power generation system has the problem of time delay error， a wind power generation system′s power decoupling control method based on LM?Smith time delay compensation and error correction is put forward. The input and output parameter model controlled by the wind power generation system and control objective function were constructed. The LM?Smith algorithm is used to calculate the global optimal solution of the parameter， which is taken as the training vector to compensate the time delay and control the power decoupling， so as to correct the control error. The simulation results show that the method used to control the wind power generation system has better power decoupling， can increase the output power gain， and output the stable voltage in a large load range.

Keywords： wind power generation system； power decoupling； LM?Smith algorithm； time delay compensation

0 引 言

隨著綠色能源工程的啟動，采用風(fēng)力發(fā)電成為未來電路發(fā)展的一個重要方向。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作為一種常用的電機系統(tǒng)，利用稀土等永磁材料借助風(fēng)力做功實現(xiàn)磁力線切割，輸出電能。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)利用電磁場感應(yīng)特性輸出功率，在功率輸出中具有較大的耦合性，需要進行功率解耦控制，以提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率增益。通過對功率解耦的優(yōu)化控制設(shè)計，提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，研究風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率解耦控制方法在進行電機設(shè)計中具有重要意義[1?2]。

針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率解耦控制存在時滯誤差的問題，提出基于LM?Smith時滯補償和誤差修正的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率解耦控制方法，結(jié)果表明，本文方案的功率解耦性好，提高了輸出功率增益。

1 風(fēng)力電機的約束參量模型

1.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率解耦控制的等效電路

為了實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率解耦的優(yōu)化控制，首先需要構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率解耦的等效電路結(jié)構(gòu)模型，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率解耦控制模型主要由電子元整流和濾波器件構(gòu)成，采用永磁線圈形成線圈序列，在功率耦合下感應(yīng)電能，傳輸存在渦流損失，使用等效電路法分析風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電能傳輸模型，如圖1所示。

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電壓增益主要由負載、頻率決定。在功率擾動下存在漏感和勵磁電感，采用“T”型等效電路設(shè)計風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率解耦控制電路[3]，得到等效電路如圖2所示。

在存在軸向偏移的情況下，根據(jù)圖2所示的等效電路模型，分析風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率解耦控制約束參量模型，得到控制目標函數(shù)為：

在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，影響到系統(tǒng)控制的功率因數(shù)包含：電磁耦合器漏感初級側(cè)、次級側(cè)自感和互感。當(dāng)系統(tǒng)在諧振點附近工作，[L11，][L22]為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的初級側(cè)和次級側(cè)繞組的自感，[M]為高頻交流電傳送的互感。[v1，][v2]為初級側(cè)和次級側(cè)電壓，[Ψ1]和[Ψ2]為整流二極管輸入初級側(cè)和次級側(cè)的磁鏈。直流電源經(jīng)高頻逆變，得到風(fēng)力發(fā)電機上的輸出功率耦合系數(shù)為：

分析上述結(jié)果得知，采用本文方法進行功率解耦控制，在較大負載范圍內(nèi)具有較好的功率解耦控制性能，輸出功率增益較大，偏芯100 mm時，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率增益仍穩(wěn)定在5.8%，實驗中電機的電能輸出效率在偏芯情況下仍保持90%左右。在較大負載范圍內(nèi)可輸出穩(wěn)定的電壓，電機控制過程的收斂性較高，具有較好的應(yīng)用價值。

4 結(jié) 語

為了提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出增益，解決電機在功率解耦控制的時滯誤差問題，本文提出一種基于LM?Smith時滯補償和誤差修正的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率解耦的控制方法，構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制輸入輸出的參量模型，進行控制目標函數(shù)構(gòu)建。采用LM?Smith算法進行參量的全局最優(yōu)解計算，以最優(yōu)解為訓(xùn)練向量進行時滯補償和功率解耦控制，實現(xiàn)控制誤差修正。實驗發(fā)現(xiàn)，采用本文方案進行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制，功率的解耦性較好，提高了輸出功率增益，穩(wěn)定性較好。

參考文獻

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