[发明专利]一种基于滑模的极值搜索控制参数自适应调整方法

说明书

技术领域

本发明属于双馈型变速恒频风力发电系统技术领域，尤其是一种基于滑模的极值搜索控制参数自适应调整方法。

背景技术

近十年来风力发电技术在世界范围内取得了迅猛发展，风电系统单机功率由上世纪90年代的几千Ｗ增大到了目前的5-6MW。如何在有效的风速范围内最大限度提高风能的利用率而提高风电场的工作效率，即风电系统最大风能追踪和调节问题，一直是风电场出力调节和控制的一个热点问题。

有关风电系统最大风能追踪问题，国内外研究人员提出了众多有意义的算法及策略。采用最佳叶尖速比法来实现最大风能追踪，该方法控制原理简单，但需要对风速进行实时精确的测量，降低了控制的精确度。采用所谓的爬山法实现机组最大风能追踪，但该方法的缺点是控制器的精度尚有待进一步提高。将WRBFN神经网络与爬山算法相结合来解决爬山算法控制精度不够高的缺点，但还只能适用于直驱永磁式变速恒频风电系统。基于仿真试验获得与既定风速曲线相对应的最佳出力曲线的所谓功率反馈法以实现最大风能追踪控制，由于风速曲线是随机变化的，如何对于变化非常复杂的不同的风速曲线而快速地获得有代表性的最佳功率风速控制曲线是该方法需要克服的难点。基于滑模变结构控制策略的最佳风能追踪方法，该方法具有无差跟踪及响应速度快的特点，但其缺点是在最大功率点附近可能会产生振荡。基于模糊控制策略的最大风能追踪策略，该方法的最大优点是无需对被控对象进行精确建模，但控制器控制精度相对较低。基于摄动极值搜索的风电最大出力追踪方法，该方法也无需对控制对象建立精确的模型，但由于需额外引入激励信号及高通滤波器，一方面降低了控制的反应速度，另一方面也增加了控制系统的复杂性。基于滑模的极值搜索控制，该控制方法不但不需控制对象的数学模型，而且控制原理简单，控制效果好，缺点是该控制方法存在三个参数，如果参数设置不当会大大降低控制的品质，而传统方法是采用仿真的方法，进行反复地人为参数调整，而得到具有比较好的控制品质的参数，当系统结构发生变化时，又要进行相应的调整，因此非常繁琐。可以看出，当前对于风电最大风能追踪控制方法各有优点，但也均存在一定问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于滑模的极值搜索控制参数自适应调整方法，该方法能根据双馈型变速恒频风电机组的控制结构及当前的风速环境自动调整基于滑模的极值搜索控制(SM-ESC)的ρ、Z₀、U₀三个参数，从而使SM-ESC的控制品质保持最佳，最终达到提高风能利用率、实现风电系统的最大风能追踪的目的。。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于滑模的极值搜索控制参数自适应调整方法，包括步骤如下：

（1）每隔采样周期Δt，从发电机输出端采集t时刻（当前时刻）的实际输出功率p_s(t)，从风速测量装置得到当前风速；

（2）导出当前风速下的最佳转速；

（3）计算调整系数γ；

（4）基于滑模的极值搜索控制的参数调整，如果|p_s(t)-p_wmax(t)|>ξ，ξ为小槛值，则令Z₀=Z₀×γ、U₀=U₀×γ；否则，保持Z₀、U₀不变，t=t+Δt并转到第②步；

（5）当p_s(t)=p_wmax(t)时，基于滑模的极值搜索控制结构中的参数Z₀、U₀为该控制系统的最佳参数，控制系统通过滑模运动快速调整发电机转速ω_r到其最佳转速ω_ref；

（6）通过风能转换系统，运行在最佳转速ω_ref的风电机组输出当前风速下的最大功率p_wmax，通过参数调整，最终获得一组最佳参数，使输出的功率曲线最接近最佳功率曲线。

而且，所述步骤（2）导出当前风速下的最佳转速的具体方法为：风能利用率C_p取最大值0.475，根据式计算出t时刻风速v下的最大功率p_wmax(t)，最大功率对应的转速为当前风速下的最佳转速ω_ref。

而且，所述步骤（3）计算调整系数γ所采用的公式为：根据式计算调整系数γ。

本发明的优点和积极效果是：