基于模糊滑模控制的风力发电系统最大风能追踪

上海交通大学学报（自然版） ›› 2014, Vol. 48 ›› Issue (07): 993-997.

基于模糊滑模控制的风力发电系统最大风能追踪

秦斌，周浩，邱丽，郭百顺，王欣

(湖南工业大学电气与信息工程学院，湖南株洲 412007)

收稿日期:2013-07-03 出版日期:2014-07-28 发布日期:2014-07-28
基金资助:
国家自然科学基金（61074067, 21106036），湖南省自然科学基金（13JJ3110），湖南省高校科技创新团队和教育厅科研项目(11B038)

Maximum Power Point Tracking of Wind Turbine Systems Based on Fuzzy Sliding Mode Controller

QIN Bin,ZHOU Hao,QIU Li,GUO Baishun,WANG Xin

(School of Electrical and Information Engineering, Hunan University of Technology， Zhuzhou 412007， Hunan, China)

Received:2013-07-03 Online:2014-07-28 Published:2014-07-28

摘要/Abstract

摘要：

针对永磁同步风力发电系统，从空气动力学的基础理论入手，分析了机组运行时的最大风能追踪原理. 根据已知的风力机特性和滑模变结构系统理论，推导出在切换面上的等效控制和切换面上滑模运动的状态方程. 为了削弱抖振，采用基于最大风能追踪控制的模糊滑模控制方法，根据系统状态在线调整切换控制增益系数. 通过Lyapunov稳定性定理得到系统渐进稳定的充分条件. 构建系统模型并进行仿真比较，仿真运行结果证实了该控制策略的正确性和有效性.

关键词: 风力发电系统, 最大风能跟踪, 模糊控制, 滑模控制

Abstract:

According to the basic aerodynamics theory, the principles of maximum power point tracking (MPPT) were analyzed for the PMSG wind turbine system in this paper. The equivalent control and state equations of sliding mode motion on the switching surface were derived based on the known characteristics of wind turbines and variable structure control theory. In order to weaken the chattering of sliding mode control, a method of fuzzy tuning quasisliding mode control (FQSMC) for the MPPT was presented. The gain coefficient of switching control was tunned online according to the system state. Moreover, a Lyapunov based closedloop stability analysis was discussed and a sufficient condition for asymptotic stability was obtained. Finally, the system model was built and simulation results were compared with those of the PID method, which showed the effectiveness of the proposed control strategy.

Key words: wind turbine system, maximum power point tracking (MPPT), fuzzy control, sliding-mode control

中图分类号:

TM 614

秦斌，周浩，邱丽，郭百顺，王欣. 基于模糊滑模控制的风力发电系统最大风能追踪[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(07): 993-997.

QIN Bin,ZHOU Hao,QIU Li,GUO Baishun,WANG Xin. Maximum Power Point Tracking of Wind Turbine Systems Based on Fuzzy Sliding Mode Controller[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2014, 48(07): 993-997.

参考文献

［1］叶杭冶．风力发电机组的控制技术［M］．北京：机械工业出版社，2007．

［2］Wang Lingfeng，Singh Chanan，Kusiak Andrew,et al．Wind power systems：Applications of computational intelligence ［M］．Germany： Springer， 2010.

［3］姚骏，廖勇，瞿兴鸿，等．直驱永磁同步风力发电机的最佳风能跟踪控制［J］.电网技术，2008，32(10)：1115.

YAO Jun， LIAO Yong， QU Xinghong， et al．Optimal windenergy tracking control of directdriven permanent magnet synchronous generators for wind turbines［J］. Power System Technology， 2008， 32(10)：1115.

［4］Qiao W， Zhou W， Aller J M， et al．Wind speed estimation based sensorless output maximization control for a wind turbine driving a DFIG［J］．IEEE Transactions on Power Electronics， 2008， 23(3)： 11561169.

［5］Wai R J， Lin C Y， Chang Y R．Novel maximum power extraction algorithm for PSMG wind generation system［J］．IET Electr Power Application，2007，1(2)：275283.

［6］郭金东，赵栋利，林资旭，等．兆瓦级变速恒频风力发电机组控制系统［J］．中国电机工程学报，2007，27(6)：16.

GUO Jindong， ZHAO Dongli， Lin Zixu, et al．Research of the megawatt level variable speed constant frequency wind power unit control system［J］．Proceedings of the CSEE， 2007， 27(6)： 16．

［7］赵仁德，王永军，张加胜. 直驱式永磁同步风力发电系统最大功率追踪控制［J］．中国电机工程学报，2009， 29(27)： 106111.

ZHAO Rende, WANG Yongjun, ZHANG Jiasheng. Maximum power point tracking control of the wind energy generation system with directdriven permanent magnet synchronous generators［J］．Proceedings of the CSEE， 2009， 29(27)： 106111．

［8］廖勇，何金波，姚骏，等．基于变桨距和转矩动态控制的直驱永磁同步风力发电机功率平滑控制［J］．中国电机工程学报， 2009， 29(18)： 7177．

LIAO Yong，HE Jinbo，YAO Jun，et al．Power smoothing control strategy of directdriven permanent magnet synchronous generator of wind turbine with pitch angle control and torque dynamic control［J］．Proceedings of the CSEE， 2009， 29(18)： 7177．

［9］Kazmi S M R， Goto H， Guo H J， et al．A novel algorithm of fast and efficient speedsensorless maximum power point tracking in wind energy conversion systems ［J］．IEEE Transactions on Industrial Electronics，2011， 58(1)： 2936.

［10］闫永勤，乔明，林飞，等．变速恒频风力发电系统最大风能跟踪控制的研究［J］．电气技术，2006(11)：1417．

YAN Yongqin， QIAO Ming， LIN Fei， et al．Research on control strategy of maximum power point rtacking of VSCF wind generation［J］．Electrical Engineering，2006(11)： 1417．

［11］刘颖，周波, 方斯琛．基于新型扰动观测器的永磁同步电机滑模控制［J］．中国电机工程学报，2010，30(9)：8085.

LIU Ying， ZHOU Bo, FANG Sichen．Sliding mode control of PMSM based on a novel disturbance observer［J］．Proceedings of the CSEE，2010，30(9)：8085．

［12］Viet Quoc Leu，Han Ho Choi，JinWoo Jung．Fuzzy sliding mode speed controller for PM synchronous motors with a load torque observer［J］．Power Electronics，IEEE Transactions on，2012，27(3)：15301539.

［13］孔屹刚，王志新. 大型风电机组模糊滑模鲁棒控制器设计与仿真［J］．中国电机工程学报，2008, 28(14):136141.

KONG Yigang, WANG Zhixin. Design and simulation of fuzzy slidingmode robust controller for large wind generating unit［J］. Proceedings of the CSEE，2008， 28(14)： 136141．

［14］Hugang Han．Adaptive fuzzy slidingmode control for a class of nonlinear systems with uncertainties［C］∥Fuzzy Systems 2011 IEEE International Conference on Taipei. Taipei: IEEE, 2011： 13201326.

[1]	王家琪, 郭建国, 郭宗易, 赵斌. 基于干扰观测器的高马赫数飞行器滑模控制[J]. 空天防御, 2021, 4(3): 85-91.
[2]	张显库, 韩旭. 大型油轮艏摇混沌现象的仿真与滑模控制[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(1): 40-47.
[3]	贺宏伟, 邹早建, 曾智华. 欠驱动水面船舶的自适应神经网络-滑模路径跟随控制[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(9): 890-897.
[4]	刘邱, 赵东亚. 单输入单输出系统离散积分滑模预测控制[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(9): 898-903.
[5]	梅蓉. 森林环境下的无人直升机安全飞行控制[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(9): 994-999.
[6]	张晓宇, 张鹏, 郑鑫, 倪元华. 基于固定时间收敛的终端角约束滑模制导律设计[J]. 空天防御, 2020, 3(3): 9-15.
[7]	赵斌, 黄晓阳, 周军, 郭玥. 基于滑模控制的多弹分布式视线协同制导律设计[J]. 空天防御, 2020, 3(3): 16-23.
[8]	刘悦, 张佳梁, 赵利娟, 甄子洋. 基于二阶滑模控制的多导弹协同制导律研究[J]. 空天防御, 2020, 3(3): 83-88.
[9]	岳才成1，钱林方1，徐亚栋1，李颖2. 基于指数趋近律链传动弹仓自适应模糊滑模控制[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2018, 52(6): 750-756.
[10]	臧月进, 李仁俊, 安国琛. 大气层外反TBM拦截弹变结构末制导律研究[J]. 空天防御, 2018, 1(2): 22-26.
[11]	龚征华1，田震2，熊文1，李俊舟1，李刚强1，袁景淇2. 全局滑模控制方法在喷水推进操舵系统中的应用[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2017, 51(6): 693-697.
[12]	乐健，张华，叶艳辉，范宇. 基于旋转电弧传感机器人立焊焊缝的跟踪[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2015, 49(03): 348-352.
[13]	李芸，白响恩，肖英杰. 基于新型扩张干扰观测器的船舶航向滑模控制[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(12): 1708-1713.
[14]	楚纪正, 杜彬, 陈娟. RTDA控制器参数性能分析及在线模糊自整定[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2011, 45(08): 1167-1171.
[15]	程月华,姜斌，孙俊,樊雯. 基于滑模观测器的卫星姿态控制系统滑模容错控制 [J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2011, 45(02): 190-0194.