永磁直驅風電系統機側的控制算法探析

摘 要：人類研究并利用風能是為了應對目前世界范圍內所發生的不可再生能源危機現象。文章主要研究了能夠為工業生產提供風能的風機模擬技術——永磁直驅風力發電系統。為系統建立了能夠實現最大風能追蹤控制的PCHD模型，針對機側控制算法，提出了一種非奇異高階終端滑模觀測器，解決了傳統滑模觀測器所存在的振動問題，最后簡要分析了永磁直驅風電系統風機模擬技術的相關事項。

關鍵詞：永磁直驅風電系統；風能；模型；最大風能追蹤；控制器；模擬技術

3 基于PCHD方法的永磁風力發電機的無速度傳感器設計

對于永磁直驅風電系統的機側控制而言，要通過光電編碼器的采集轉速及相位功能來進行控制計算，一旦系統在強電干擾環境下，轉速信息采集就會出現錯誤，進而降低系統的魯棒性及安全可靠性。所以采用無速度傳感器來代替傳統的機械位置傳感器則更有利于永磁風電系統在未來的發展。

同理，依然通過李雅普諾夫函數對有限時間內的高階滑模控制結果值進行推導，如果高階滑模控制結果值≤0，就說明高階滑模面在有限時間內的收斂值也應該為0。所以在有限時間內就可以推導收斂時刻ts是：

如果二階滑膜s收斂，則可以根據等效控制原理為：

此外，通過運用等效控制原理，自適應滑模觀測器對消除估計值的斗振問題起到了重要作用，使得轉速和相對值在不同的因素下受到的影響最小。在電流觀測過程中，電流誤差能夠控制在零附近，極大地降低了自適應非奇異高階終端滑模觀測器電流觀測誤差，提升了永磁同步發動機相位的精確度，基于PCHD方法的永磁風力發電機的無速度傳感器設計，能夠大幅度的提高自適應滑模觀測器的整體性能。

4 永磁直驅風電系統風機模擬技術

4.1 風機模擬器的基本功能與結構

設計永磁直驅風電系統風機模擬器的主要思路就是通過風力機的靜態特性來實現對風電系統的轉矩特性控制。所以該模擬器要根據電動機與風力機的轉矩特性曲線來設計并運行，進而實現風機模擬器對直流電機的力矩控制以及電動機對風力機特性曲線的模擬技術。

該模擬機系統中包括了電動機主控制回路、IR芯片開發板、上位機以及信號調理電路組成。其中上位機主要負責對人機交互部分的智能控制，而IR芯片實現了對永磁直流系統機側的控制算法，它主要負責配合系統的硬件電路來測量風電電機的轉速以及電樞電流。

4.2 基于轉矩控制的風機模擬實驗方案

利用Labwindows/CVI虛擬儀器設計軟件為風機模擬進行轉矩控制方案的設計，它主要利用儀器控制面板對風機的轉速、自然風速來進行智能控制。并通過軟件編程基于模擬理論來按照一定比例轉換轉矩特性曲線，實現串口總線與直流電機之間的聯系，實時將風機模擬的信息通過風電系統反饋給控制面板。在自然風速下，風機所模擬的曲線軌跡基本符合理論值要求，雖然會產生細微的電機振動所造成的波動，但是基本滿足風機模擬的預期效果[3]。

5 結束語

就目前而言，隨風力風能發電技術的不斷進化，風電系統的運營成本也在逐漸下降。可以見得，風力發電技術將會成為未來最有效的人類能源創造源泉。正如文章所談到的永磁直驅風電系統機側所能提供的最大風能追蹤、風機模擬技術等都加速了風能轉化可利用能源的生產效率，實現了風機的動態特性廣泛應用，是未來人類能源利用值得信賴和深入研究的技術。

參考文獻

[1]胡書舉，李建林，許洪華，等.永磁直驅風電系統低電壓運行特性的分析[J].電力系統自動化，2007，31（17）：73-77.

[2]李立成，葉林.變風速下永磁直驅風電機組頻率-轉速協調控制策略[J].電力系統自動化，2011，35（17）：26-31.

[3]郭玲.永磁直驅風電系統機側控制算法的研究[D].哈爾濱工業大學，2012：11-57.

作者簡介：王輝（1986-），男，漢，山西平遙縣，安全技術專工，工程師，碩士研究生，中廣核風電有限公司內蒙古分公司，風力發電技術。