[发明专利]实现风力机MPPT控制的变参数非线性反馈控制方法

说明书

本发明公开了一种实现风力机MPPT控制的变参数非线性反馈控制方法，该方法利用控制器、发电机和风力机组成的非线性反馈控制系统实现，以风轮实际转速、风力机估计气动转矩和风轮最优转速作为控制器的输入，通过调节控制器参数获取发电机电磁转矩参考值作为控制器的输出即发电机的输入，以发电机电磁转矩作为发电机的输出来控制风轮实际转速。

技术领域

本发明属于风力机控制领域，特别是实现风力机MPPT控制的变参数非线性反馈控制方法。

背景技术

风力发电技术近年来受到越来越多的关注，变速风力机与定速风力机相比，具有更高的发电效率和更低的结构载荷。风力机最大功率点跟踪(maximum power pointtracking，MPPT)控制旨在控制风轮转速跟踪由实时风速所决定的最佳转速，进而获得更多的风能。风力机MPPT控制具有多种实现方法，其中叶尖速比法通过直接控制风轮转速到理想转速，具有更好的转速跟踪效果，达到更多的风能捕获。

当前研究发现，基于叶尖速比法的非线性状态控制器具有良好的转速跟踪效果，但是其控制量的计算过程中使用了目标转速的一阶导数和二阶导数，实际中这些量是不可预知且不连续的，不仅难以准确测量或估计，而且会造成控制量的大小随目标转速的变化而大幅波动，因此对滤波较为依赖。另外较好的跟踪效果会使得发电机电磁转矩波动剧烈，产生较大的结构载荷和交变载荷，影响风力机的寿命。

基于上述情况，目前迫切需要一种新的风力机最大功率点跟踪控制方法，能够在提高转速跟踪效率的同时尽可能降低结构载荷，但是现有技术中尚无相关描述。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是通过风力机的实时运行状态(风轮实际转速、气动转矩、电机转矩、估计风速)在线调节控制参数，在保证风力机转速跟踪效率的同时，有效限制了发电机的电磁转矩波动，同时在调节控制参数的过程中避免了不可预知的目标转速的一阶导数和二阶导数。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种实现风力机MPPT控制的变参数非线性反馈控制方法，该方法利用控制器、发电机和风力机组成的非线性反馈控制系统实现，以风轮实际转速、风力机估计气动转矩和风轮最优转速作为控制器的输入，通过在线调节控制器参数获取发电机电磁转矩参考值作为控制器的输出即发电机的输入，以发电机电磁转矩作为发电机的输出来控制风轮实际转速，其中，控制器参数式中m＝u_max/a_max，a_max为控制参数的最大值，ε为风轮实际转速与风轮最优转速的误差，u_max为等效控制输入参数的最大值；

发电机的电磁转矩参考值式中T_r为风力机估计气动转矩，C_t为系统阻尼系数，ω_r为风轮实际转速，a(ε)为控制器参数，J_t为风机转动惯量，传动比n_g。

进一步的优选方案，本发明中风轮最优转速式中λ_opt是最佳叶尖速比、V_r为估计风速、R为风轮半径。

进一步的优选方案，本发明中通过发电机的电磁转矩T_g、发电机的转子转速ω_g，使用卡尔曼滤波和牛顿-拉夫逊的方法，获取风力机估计气动转矩T_r以及估计风速V_r。

进一步的优选方案，本发明中风轮实际转速与风轮最优转速的误差ε＝ω_r-ω_opt，式中ω_opt为风轮最优转速、ω_r为风轮实际转速。

进一步的优选方案，本发明中根据传动轴转矩约束计算等效控制输入参数的最大值u_max，具体方法为：