基于自抗扰控制的双馈风力发电系统最大功率追踪研究*

李华柏,粟慧龙,谢永超

(湖南铁道职业技术学院 轨道交通机车车辆学院,湖南 株洲 412001)

0 引 言

双馈异步风力发电系统中风力机捕获的风能取决于风速与桨距角，因此在风速小于额定风速时，系统需要进行最大功率追踪。由于风电机组多干扰、强耦合、多变量的非线性特性，很难获得其准确的数学模型，解决其受扰与非线性问题，对于风电系统的功率控制具有重要的意义。

最大功率输出控制常采用的方法有基于风力机功率曲线与基于最佳叶尖速比的最大功率点跟踪(MPPT)控制。

针对双馈风电机组的MPPT研究，文献[1]采用自适应遗传和模糊布谷鸟算法整定的自抗扰控制(ADRC)技术[1]。文献[2]提出最佳叶尖速比的ADRC策略。滑模变结构控制[3]、模糊逻辑控制[4]应用到风电系统功率控制，也取得了较好的效果。文献[5-8]的研究表明ADRC在最大功率追踪、最大风能捕获方面有良好的控制效果。

本文针对风电系统最大功率追踪区发电效率低、功率输出不稳定等问题，将ADRC应用于MPPT中的双馈风力发电机(DFIG)转速控制，以快速追踪风速变化，输出最大功率。

1 风力机最大功率追踪的控制

PFIG输出功率可以表示为

(1)

风能利用系数CP是叶尖速比λ与桨距角θ的函数，特性曲线如图1所示。可知，当λ一定时，θ越大，CP越小。

图1 叶尖速比与风能利用系数特性曲线

在额定风速以下时，当桨距角为定值时，当λ=λopt(最佳叶尖速比)，此时Cp=CPmax，风力机转换效率最高。因此，只要让风轮转速实时追踪风速的变化，保持最佳叶尖速比不变，就能输出最大功率[3-4]: