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1、第23卷第6期2003年12月动力工程POWER EN GIN EER IN GV ol . 23 N o. 6D ec .2003 文章编号 : 100026761(2003) 0622803207风力发电机组的非线性控制变结构控制与鲁棒控制杨俊华1, 2,吴捷2(1.广东工业大学自动化学院 , 广州 510902; 2 .华南理工大学电力学院 , 广州 510641)摘要 :风速、 风向及负载的随机性、 湍流、 尾流效应 、 塔影效应等的影响,使风力发电系统不但要解决最大风能捕获 、 电能品质控制两类关键问题,还要解决传动链的疲劳负载、 叶片的振颤与翦切、 塔身的弯曲与抖振等问题,这些问题
2、实际上都可归结为非线性控制的范畴。该文综述了近年来滑模变结构控制、H鲁棒控制在风力发电系统稳定,最大风能捕获及调速系统控制等方面应用研究的主要成果与方法,并提出若干需要解决的问题 。 参18关键词 : 风力发电系统(W ECS); 最大风能捕获 ; 变结构控制 ;H鲁棒控制中图分类号 : TM614 文献标识码 :A收稿日期: 2003206228基金项目:广东省“十五” 科技计划重大专项(A 1050401);广东省自然科学基金团队项目(003049 );广东省自然科学基金(020906)作者简介:杨俊华(1965-) ,男,副教授,在职博士研究生 。目前,主要从事风力发电机组设计与控制技术
3、、 电机电器及其控制等方面的研究 。常规化石类能源资源的日益短缺, 以及人们环保意识的增强, 迫切需要一些清洁、 无污染 、 可再生的新能源 。风能即是其中一种,取之不尽 、 用之不竭 ,同时也是一种不可控的过程性能源, 风能转换过程实质上是一个由风速引起的随机过程,这就使得风力发电系统在技术上和管理上都出现了一些特殊问题 。根据空气动力学中的贝兹(Betz) 理论 , 1 台实际风力机所捕获的风能可转变为机械输出功率Pm的表达式为 :Pm=12 CpR2V3(1)式中 空气密度 , kg m3R风轮的半径,mV风速 ,msCp风能利用系数由上式可知 : 若风速V= 常数 , 则Pm与风轮半径
4、R2成正比 , 即为获得较大的输出功率, 风轮机要有尽可能大的半径, 也即尽可能大的风轮叶片扫掠面积 。但大尺寸的风轮势必导致叶轮成本增加 , 而且安装难度加大。 若风轮半径R=常数 ,PV3, 于是要求风力发电机组要尽可能安装在高风速的地域,这则与自然条件有关。 同一位置, 高度越高 , 风速越大 , 要求塔架应有一定的高度。 风轮功率与风轮叶片数无关, 空气密度成正比。 较大的风能利用系数Cp。风能利用系数Cp不是一个常数 , 理论上最大为 0. 593, 也称为 Betz 极限 , 它随风速 、 风力机转速、以及风力机叶片参数(如桨距角等) 而变化,通常 ,Cp=Cp( 、 ) , 这里
5、 , 定义为叶尖速比:=RV(2)式中 风轮旋转角速度风力机的整体设计与运行控制策略在保证安全运行的同时应尽可能追求Cp在整个运行范围内始终保持最大, 以产生尽可能大的输出功率。 由公式 (1) 可知: 风力发电机组的输出功率是风速的立方函数 , 即风速越大, 机组输出电功率越大, 然而,实际系统中存在2 个限制 : 一是电气回路中各电气装置及元件的最大功率限制; 二是风力机组的各转动部件尤其是风轮, 存在一个转速上限 。 于是, 风力机有3 种典型的运行状态: 低风速段实行变速运行, 可保持一个恒定的Cp值 (尽可能大, 最好达到 Betz 极限值 ) , 根据风速变化控制风力机转速 , 使
6、叶尖速比不变 , 直到转速达到极限; 转速达到极限后, 风速进一步加大时, 按恒? 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 定转速控制风力机运行,直到输出最大功率, 此时的风能利用系数Cp不一定是最大值; 超过额定风速时 , 输出功率达到极限,
7、按恒功率输出调节风力机 。风能的随机性 、 阵风性 、 不确定性 , 导致风电机组所输出的电功率的频率、 电压均随风速而变,必须对电能品质进行控制和整定, 常用方法有恒速恒频 、 变速恒频 、 变速变频控制 。风速、 风向及负载的随机性、 湍流、 尾流效应 、塔影效应等的影响, 使风力发电系统不但要解决最大风能捕获 、 电能品质控制两类关键问题, 还要解决传动链的疲劳负载、 叶片的振颤与剪切、 塔身的弯曲与抖振等问题,这些问题实际上都可归结为非线性控制的范畴。 本文主要介绍了两类重要的非线性控制方法 变结构控制 、H鲁棒控制的基本原理及在风力发电系统中的应用, 并提出了若干需要解决的问题。1滑
8、模变结构控制在风力发电系统中的应用风力发电系统中的参数有的并不精确可知,实际运行过程中会遇到阵风、 风切变 、负载变化等, 如何在参数不能精确可知的情况下使所设计的控制器具有简单的算法和较强的鲁棒性以及良好的动态品质, 是风力发电系统研究中一个值得关注的问题 。 滑模变结构控制理论在解决上述问题方面具有许多独特的优点, 为风力发电系统提供了一种可资参考的控制方法。滑模变结构控制本质上是一种不连续的开关型控制 , 它要求频繁 、 快速地切换系统的控制状态。 此类系统具有快速响应、 对系统参数变化不敏感、 设计简单 、 易于实现 , 在电力系统 、 交流传动 、电力电子技术等领域得到了广泛的应用。
9、 原理 1如下 :考虑一非线性系统:x=f(x,u,t),xRn,uRm,tRl(3)确定状态空间的一个切换面或滑动面, 这一点很重要 :s(x) ,sRm,s(x) 类似于一个参考模型, 其选择直接影响滑模运动的动态特性。 基本设计思想是 : 利用高速开关将系统相轨迹引导到一个由设计者所选择的可到达的曲面S(x)= 0上,采取切换控制率:ui(x) =u+i(x),si(x) 0,u-i(x),si(x 0) ,i= 1, 2, 3,m。选取u+iu-i(4)使得系统只要满足sisi 0 和S 0 时采用不同的控制律u+(t)和u-(t), 轨线只要到达该曲面便由等效控制Ueq来对轨线实施控
10、制, 使系统沿着切换面被驱至所期待的状态上。 由于变结构控制的设计思想是利用 “开关”变更控制律 , 因而具有不断改变系统结构的特征, 其出发点不是基于线性系统,而是针对含有非线性系统在内的一般系统, 可用来处理非线性问题。 在进行不确定系统的变结构控制时通常有3种方法可供选择:一是以滑动模态为目的的变结构控制; 二是以李亚普诺夫方法为基础的变结构控制; 三是以超稳定理论为基础的变结构控制 。 变结构控制理论提供了一套完整的大系统降阶处理方法, 它将大的系统分为若干小系统 , 各小系统的切换面只取局部小系统的状态变量 , 进而实现局部分散、 分散和多层控制。在变结构控制设计中合理地选择切换面S
11、(x)极为重要 , 这直接影响到滑模运动的动态性能。 目前有 3 种系统化的切换面确定方法: 第一种是基于极点配置的切换面设计; 第二种是使状态向量的某二次性能指标最小而得到的切换面; 第三种是既使状态向量的某二次指标最小, 又使滑模运动的成本最小所得到的切换面。风力发电系统的变结构控制方法研究并不是很多 , 而且是近几年的事情。参考文献 2介绍了一种具有滑差功率, 即转子功率回馈的风力发电系统的转距脉动滑模控制。 这一系统采用了一个双馈输出异步发电机, 定子绕组直接接入电网, 转子通过一个静止的逆变器接入同一电网, 这种接入方法所使用的静态逆变器容量要比普通笼型感?4082?动力工程第23卷
12、? 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 应发电机或同步发电机直接通过逆变器接入电网时的逆变器容量小。 在一般情况下 , 大型风力发电机组都有很大的机械惯性, 而风轮与异步发电机之间通过一个增速齿轮箱耦合在一起, 刚性较差 。随机风 、 塔影效
13、应 、 湍流、 风切变等扰动的存在, 会在风机转矩中附加一个准周期性的脉动转矩,造成风电机组的低频振荡, 振荡频率由桨叶数及转速决定 。如果机组自身的固有频率刚好落在了振荡频率范围内, 就会引起整个机组发生共振, 使转矩发生很大的波动, 进而导致输出电功率波动, 甚至会引起局部电网闪烁。这一共振转矩在传动链中作用 ,会损坏传动部件, 尤其是刚性最薄弱的齿轮箱部分 。 发电机转矩是旋转角速度及逆变器导通角的函数, 当然也是电网电压、 频率及电机电阻、 电抗的函数 。参考文献 2通过控制逆变器的导通角 , 使风机系统能够跟踪产生转矩振荡的转速或风速 , 这样不仅可以实现最大风能捕获, 而且通过转速
14、反馈, 为转矩振荡提供足够的阻尼转矩。滑动模闭环控制系统对发电机参数的不确定及电网电压波动具有完全的鲁棒性。变速运行的双馈电机风力发电系统可最佳跟踪风速变化, 实现最大风能捕获, 但风速变化越快, 速度跟踪越好 , 机械传动链中的转矩波动也就越大 。 因此, 在控制器设计时, 必须妥善解决风速跟踪与转矩平滑之间的关系。 对此 , 参考文献 3应用滑动模控制方案控制风电系统保持最佳叶尖速比运行 , 发电机转矩TG是对应最大风能捕获运行点的发电机转速8G的线性函数 ,TG28G平面上的开关面的斜率由开关函数的单一参数决定。这一参数的合理选择可兼顾考虑转换效率最优和转矩振荡消除; 还采用发电机转矩反
15、馈削弱共振幅值 。 此外 , 实际运行的风电系统存在发电机转矩饱和死区问题, 即交流电机以发电机方式运行时,其转矩TGm ax?TG? 0, 逆变器的导通角: 90 180。 为跟踪风速变化, 例如风速快速增加, 控制器通过降低TG使系统跟踪加速, 可能会达到极限TG= 0 或 = 180。另一方面 ,若风速变化范围过大 , 最大风能轨迹可能超出饱和区, 系统运行点必须由风机转矩与发电机极限转矩TG( = 90 或180 ) 的交点确定 , 此时的交点已偏离最大风能轨迹。 这两种情况都可能导致滑动模存在条件不能保持 , 出现饱和死区 。 为此 , 提出包含限制条件的组合开关函数 。所提滑动模控
16、制动态对电气变化及参数的不确定性是完全鲁棒的。定桨距的风力发电系统的变速运行, 可得到一个最佳叶尖速比和最大风能利用系数Cpm ax。然而 , 当风能系统与一个脆弱的电网联接或与一柴油发电系统并接时, 会受到电能质量的问题限制,就要求调节输出功率, 以补偿有功功率随风的波动。当风中的有效功率较低时, 会出现 2 个不同的 , 有 2 个转速 , 2 个可能的运行范围: 正常与失速。 参考文献 4对这种双馈变速风力发电系统提出了滑动模控制, 控制特点是通过一断续的控制方法 , 以功率相对误差为切换面:y=h(8 ,u) =PE(8 ,u)PR- 1。 此处 ,PR为电功率参数值,PE为实际发电机
17、输出功率, 使输出信号 , 即功率误差在一定时间内到达零。 在正常运行范围内, 风力发电系统是最小相位系统, 滑动模的功率控制系统, 对风速扰动即系统参数的不确定性是鲁棒的。 但在失速条件下 ,风力发电系统是非最小相位系统, 零动态不稳定 。 为保证系统的稳定性,提出了一个修正的滑模方案 , 切换面变为 : =y-(88O- 1) ,此时 , 为满足一定条件的正数, 8O为系统运行点转速 , 控制方案在失速区渐进稳定。滑动模控制的缺陷是存在切换抖动, 会对风力机械设备造成冲击, 影响设备的使用寿命。 参考文献 5以力矩为控制信号,采用积分型滑动模控制律,有效地解决了滑动模的切换抖动,该控制方案
18、对不确知的机械摩擦力矩和随机性变化的空气动力力矩具有鲁棒性。 传统结构的发电机用于自治风能转换系统时,转速及输出功率随风速而变。参考文献 6提出了一种更为有效的特殊结构磁场整流发电机 , 引入滑动模控制, 降低了数学模型的阶次及断续反馈的阶次, 避免了自动调整励磁时出现的输出电能的不连续性。 这类结构的电机的效率及稳定性令人怀疑。风能的随机性 、 间歇性导致自治风力发电系统的电能输出很难满足负载要求, 必须和其它形式的能源 , 如太阳能等 , 组成混合供电系统。参考文献 7研究了一类与柴油发电机组并联运行组成孤立供电系统时的动态仿真, 采用积分二次误差方法得到了PI控制器的最优增益值; 为进一
19、步改善系统动态特性, 提出一类简单的变结构控制逻辑。 参考文献 8研究了独立运行风光互补发电系统的无源滑动模控制策略, 该系统由可变负载、 同步永磁风力发电机、 PV 阵列、 蓄电池组成 。采用降阶模型设计控制器, 控制率的设计组合了无源性和滑模控制方法, 控制目标是使风能子系?5082?第6期动力工程? 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -
20、名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 统补偿 PV 系统以满足负载要求, 风速较小时则控制风机实现最大风能捕获。 控制代价小 ,鲁棒性好。滑动模变结构控制在风力发电系统中的应用并不很多 , 国内尚无人进行研究,有待进一步深入探讨 。 对于实际风力发电系统, 其运行状况受外界的影响很大 , 如阵风的影响 , 结合其它控制技术如模糊控制 、 神经网络控制 、 自适应控制以及无源性控制等先进控制方法的混合滑模变结构控制, 是以后风电控制问题的主要研究应用方向。2非线性H控制与鲁棒控制在风力发电中的应用H控制方法可简单归纳如下:对线性系统
21、 :X=A X+BU+PW,XRn,URm,e=CX+QW,WRr,eRl(5)设 在W= 0 时系统是稳定的, 且Z= eUT, 传递函数矩阵TZW(s) 的H范数为 :TZW=sup sup0 0 为一足够小的正数, 则称U是H最优控制 。 可以看出 : 在出现不确定因素时,H鲁棒控制不仅可保证稳定性, 而且可获得大的稳定裕度。对仿射非线性系统:X=f(X) +g1(X)W+g2(X)UZ=h(X) +K(X)U(7)XRn,URm,WRr寻求一个控制U使得 : 在X= 0 闭环系统是渐进稳定的(即允许控制); 使上述系统的以W为输入 , 罚函数向量Z为输出的系统满足下列不等式 :T0(Z
22、(t) 2-2W(t) 2) 0(8)则该系统即称为非线性H控制系统或非线性鲁棒控制系统 。 可以看出 : 上积分式体现了系统的输入对输出的影响限制的一个“满意程度”。H鲁棒控制具有处理多变量问题的能力,可直接解决具有建模误差、参数不确定和干扰未知系统的控制问题, 并直接解决鲁棒控制问题。H算法具有较好的直观性及严格的数学基础。此外 ,H控制经较简单的运算便可使系统具有良好的性能 。在H控制的应用上 , 目前主要还是线性系统及仿射非线性系统。H鲁棒控制在研究具有强鲁棒性的稳定控制中占有重要地位, 已成为控制论中一个重要分支。H鲁棒控制在风力发电系统中的应用并不多,就目前所能查阅的文献未见国内有
23、人使用过。参考文献 9针对一个具有不确定模型的变速变桨距的风力发电系统提出了一种鲁棒控制设计方法,将包含非线性空气特性、 变浆距控制机构和柔性传动链动态的风力发电系统线性化处理, 估计出仍存在的非线性项的上界, 将其作为不确定项处理 , 采用线性H控制 , 实现了风力发电系统在有建模不确定性条件下的最大风能捕获。参考文献 10 在测量数据的基础上采用多变量的 M I M O 辨识估计出了一个实验模型, 在此模型基础上设计了一个稳定的H控制器 , 在基本保证最大风能捕获的情况下, 使转子轴上转距变化的幅值减小了10 倍, 如将转子动态以一个二阶模型描述 , 共振频率的阻尼系数, 由小于 0 .
24、05 增加到大于0 . 5, 这意味着阻尼增加了10 倍, 大大改善了系统特性 。 风力发电系统中的疲劳负载越小,系统寿命越长 , 这是设计风电系统控制器的一个主要目标 ,于是必须控制驱动链中的转矩。 参考文献 11针对这类问题设计了一个建立在线性化模型基础上的H混合敏感度最优控制器进行仿真研究 , 系统对于最突出的1 倍 ( 1r) 及 3 倍(3r) 转速的旋转扰动是鲁棒的。 为避免控制器饱和和不稳定问题, 进一步设计了一个适当选择比例因子加权值的解调H控制器 。此时, 敏感度函数在 1r及 3r时的幅度明显减小。 当风速超过额定值时 ,控制器必须松脱; 在继续正常控制之前,校正状态 。
25、这可通过将解调H控制器Cdet分解为两部分, 即Cdet=GIR来实现 , 额定风速以下,GI起作用 , 额定风速以上,R起作用 , 以此保证控制器连续有效。 在低频时 , 控制器性能不理想,而且功率及转矩的超调量过大, 需进一步通过修改扰动模型及动态分量改进控制器。风力发电系统的控制研究集中在两个方面:风能最大捕获 、 疲劳负载最小 , 两者决定了风机系统的性价比 。 相比较而言 , 后者会更重要些, 其在整个风速范围均要严格控制, 而前者仅在额定风?6082?动力工程第23卷? 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing H
26、ouse. All rights reserved. http:/名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 速以下有实质意义, 额定风速以上输出功率保持恒值 。 由于在整个风速范围内风能转换系统的强非线性 , 参考文献 12 采用了 5 个线性的H鲁棒控制器 , 每个控制器只对应一小段范围风速, 根据风速预先整定控制器, 特别注意控制器间切换时可能出现的有害的暂态, 这可通过控制环外的线性调节器实现 。其它一些附加条件,
27、1 个合成控制器能够满足大范围风速的风机控制要求。 该方法并非以实际风能转换系统为对象, 而是以实验室 1 套模拟机组为替代品, 用可控直流电动机模拟风轮及风速变化。 可控输入为晶闸管的导通角及发电机励磁电压, 能测输出为直流线路中的直流电流及发电机转速。目前 , 重量轻 、 造价低 、寿命长且具有良好控制性能的柔性结构风力发电系统成为发展方向。但是 , 由于风能系统的非线性, 风速的随机可变,若要进行柔性结构风机及其控制系统的设计, 必须知道描述风能系统的准确数学模型。 而且 , 这一模型在用于设计控制系统前要经过实际验证。 风机试验模型建立在不同风速条件下, 同样的运行条件 , 试验亦不可
28、重复, 难以建立描述风机的单一标称模型 , 但可在几种运行条件下导出不同结构、不同阶次的系列模型, 即由一个线性化的模型集来逼进非线性模型。 参考文献 13采用非线性控制基本原理 , 采用一个低阶标称模型和一个不确定范数边界代替线性模型集, 在标称模型规范化正确互质因式分解表达基础上, 综合出了一个低阶H控制器 , 控制目标是通过调整桨距角维持风机转速尽可能保持恒定, 该控制器在鲁棒镇定全部模型集的同时能够满足系统要求性能, 并可在一个具有积分运算的PDP211 型计算机上运行, 系统对风速波动的响应时间大大缩短。 为使低频时跟踪误差为零, 增加了一个PI 预补偿器来修正闭环增益 。 为验证所
29、设计控制器, 选择风速和转矩阶跃变化两类剧烈变化情况来考证风机系统,现场试验和仿真均给出了令人满意的结果。参考文献 14研究了风柴混合发电系统的两类鲁棒控制策略: 由L TR回路传函恢复设计方法实现的LQ G 线性二次高斯鲁棒最优控制器;以忽略驱动链快动态及感应电机电气动态的非线性降阶模型为基础的反馈线性化PI 方法 (FL PI)和解耦控制 ; 同时比较研究了单环PI 控制器。 控制目标是使风电部分尽可能发出最大功率, 柴油机组作为补偿, 维持功率平衡及供电电压、 频率恒定。 控制对象模型及不同闭环系统的分析, 部分由线性系统分析实现,如奇异值频率响应; 部分由系统仿真实现 。 控制输入为柴
30、油发电机励磁电压及燃料消耗 , 输出则为母线电压及柴油机角速度, 风速及负载阻抗可看成扰动。 仿真结果表明了鲁棒控制的优越性 , 但控制器结构需要进一步简化。风力发电系统在部分负载时, 最重要的问题是如何提高风能转换效率, 即如何将有效风能最大限度地转换成电功率输出, 应用变速风机可达到这一目的 。 满载时则应维持额定输出功率基本不变 , 使风机疲劳负载最小。 参考文献 15介绍了在控制对象互质因式分解基础上的低阶H鲁棒控制器的设计方法, 并将之应用到满负载条件下运行的柔性风力发电系统中。 描述系统的非线性模型可由一个线性模型集来逼进, 模型集中的每一模型与非线性模型之间的偏差由互质因子扰动表
31、示。 当某一模型和模型集边界的距离最小时选为标称模型 , 标称模型决定了允许扰动及最大扰动的量值 , 于是模型集可由标称模型及其与模型集的距离来表征 。 为确定标称模型和距离, 需选择一个闭环性能指标,得到一个低阶鲁棒控制器, 和全阶控制器一样能满足系统性能指标要求。 控制器设计过程分两个方面: 低阶控制器的合成、 新的小裕量鲁棒边界的产生。 鲁棒边界裕量确定了低阶控制器的稳定性边界, 比距离范数小 。 低阶模型控制器加上一个小的鲁棒边界裕量即可镇定各种运行条件下表征非线性柔性风力发电系统的线性模型集中的所有模型。参考文献 16 将H鲁棒控制方法用于设计失速调节的变速风能转换系统的控制中, 系
32、统通过静止功率变换器与无穷大电网相联, 控制目的是为了保证系统稳定性的基础上获得风能最大转换效率 , 并同时降低由于风速波动和转矩脉动所引起的有害动态负载、 机械应力 。 采用环路整形的概念 , 选择权函数 。 通过单位阶跃风速的动态仿真验证了所提控制系统的可行性。异步风力发电系统, 在额定风速以上运行时的控制器设计是一个恒值调节问题, 控制的主要目的是在各种扰动作用下, 发电机输出功率基本不变 , 也即要求保证电机的扭矩基本不变。 考虑到控制向量只有桨距角 , 参考文献 17 应用鲁棒调节理论 , 为偏航时大型变桨距风力机组设计了一个运行于额定风速以上的五阶的鲁棒控制器,状态变量有桨距角、次
33、传动轴上的扭角及其对时?7082?第6期动力工程? 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 间的导数 、 异步发电机转速 、 异步发电机的测量转速。 给出了风速 、 风向、 电网电压 、 受控系统和扰动模型的数学模型 。 外扰作用的周期越小, 对
34、控制系统的疲劳性能影响越大, 试验时将干扰信号(风速、 风向、 电网电压波动)中的高频部分滤掉。 仿真结果表明 : 所设计鲁棒控制器虽然阶数低, 但鲁棒性好 , 通过调节桨叶的桨距角, 能满足控制要求。由于风力发电系统的复杂性, 由各环节的机理模型构成的整机机理模型与实际相差甚远, 准确的建模应在不同风况下进行。 为此 ,参考文献 18利用系统辨识的方法分析了水平轴风力机的非最小相位模型 , 将风速分解为两个分量: 可归入名义模型的平均分量 、 归入模型的非结构性不确定部分的脉动分量 , 在此基础上设计相应H鲁棒控制器。 通过直接设计控制器传递函数, 满足鲁棒稳定条件和运行性能 。 该方法考虑
35、了在线控制器对脉动风速系统建模的实际,为风力机建模和鲁棒控制提供了一种新方法。3结束语本文介绍了两类非线性方法在风力发电系统控制中的研究和应用, 总的来看 ,还处于比较初级的阶段 ,基本上是试验室仿真试验研究。风速 、 风向及负载的随机性、 湍流、 尾流效应等,不确定因素很多 ,建立既符合理论, 又适于工程实际的风机系统数学模型, 对系统的控制和分析具有重要的意义 。风力发电系统的发展趋势是: 一方面开发单机容量越来越大的大型风力发电机组; 另一方面开发分散式小型 、 微型风力发电系统。 大型化的风力发电设备可降低风力发电的成本,分散式风力发电系统则可解决边远分散地区就地供电问题,省去投资庞大
36、且很难有经济效益的供电网络的规划与建设 。风力发电系统的关键控制问题是: 提高风能转换效率 、 改善电能品质 、 减小柔性风能系统传动链上的疲劳负载等。 变速风机可提高转换效率; 电能品质的改善,应采用统一电源品质调节器来综合解决 。 传动链上疲劳负载的降低、 塔身弯曲变形的减小 ,必须采用新的先进控制技术来解决。应用当代非线性控制技术的成果, 加强对新型风力发电机组研制和对风能系统的鲁棒性控制研究 , 尤其是控制系统的实现, 对于我国风力发电机组的自行开发研制和对现有风力发电机组的技术改造 , 有着切实的推动作用。 电力电子技术的发展,尤其是微电子集成电路的发展, 以及各类先进控制技术的综合
37、交叉应用, 为风能转换系统的飞速发展提供了良好契机和基础。参考文献 : 1 王丰尧.滑模 变结 构控 制M .北京:机 械工 业 出版 社,1998, 8. 2 BattistaHD , M antz RJ.Sliding M ode Contro l ofTo rqueRipp le in W ind Energy Conversi on System sw ith Slip Pow erRecovery C . Proc.ofthe 24thA nnualConf.ofIEEE ,IECON 98, 1998 (2) : 651656. 3 BattistaHD , et al.Slidi
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47、n2hua1, 2,W UJ ie1(1. A utomation College, Guandong U niv. of Industry , Guangzhou 510902, Ch ina;2 .Electric Power College, South China U niv. of Technology, Guangzhou 510641, China)Abstract :Because the influence of the stochastic of w ind speed, w ind directi on and loads, turbu lence,w ake effec
48、ts , tower shadow, not only two key problems of m aximum 2 pow er tran sfer and pow er quali2ty contro l must be p rocessed, but also the fatigue loads in tran s m ission chain, the vib ration and shearof turbine blade, the bent and vib ration of tower, have to be solved.These problems can be settle
49、d bynonlinear contro l techniques. T his m ain achievements andm ethods of variab le structu re contro l,Hrobust contro l used in the contro l of w ind energy conversion system stability , speed contro l systemand max im um2pow er tran sfer are surveyed in this paper, and certain p roblems to be sol
50、ved are pro2po sed sim ultaneou sly. Refs 18 .Key words: w ind energy conversion system(W ECS) ; m aximum2pow er tran sfer;variab le structu recontro l;Hrobust contro l(上接第 2780 页 )A Groupof Sim ple Prec ise Form ula tion s forPropertiesof W ater and SteamJ IA N G X un2han1,CA O Z u2qing2(1 . A nhu