大型永磁同步风力发电系统的自抗扰控制方法研究

Permanent magnet synchronous generator (PMSG)-based wind energy conversion system (WECS) will be widely used in large capacity wind power generation in the future, because of its high efficiency, high reliability and flexible grid connection. However, the uncertainty and multi-disturbance of the large-scale WECS and the randomness and instability of the wind power reduces the reliability of the system. Targeting the above problems, this project will establish advanced control strategy for large PMSG-based WECS considering uncertainties such as generator dynamic characteristics and external disturbances. The project will first propose a maximum power point tracking control algorithm based on dynamic re-triggering learning mechanism for PMSG-based WECS, overcoming power generation efficiency reduction problem caused by factors such as system aging. Then a disturbance rejection speed controller will be built, to achieve fast and robust tracking of the optimal wind turbine speed. On this basis, a disturbance rejection current controller will be built for real-time estimation and compensation of the internal and external disturbance of the wind turbine. The active disturbance rejection control will be combined with the rotor position sensorless control technology to improve the reliability of the overall system. Finally, a small test platform of PMSG-based WECS emulator will be set up. The outcome of this project will provide strong theoretical guidance and technical support for the future design of the controller of large-scale PMSG-based WECS.

永磁同步风力发电系统由于其高效率，高可靠性和灵活并网等优点，必将在未来的大容量风力发电中得到广泛的应用。但大型风电系统具有不确定性与多干扰性的特点，并且风能具有随机性和不稳定性等特征，降低了系统运行的可靠性。针对上述问题，本项目拟建立考虑机组动态特性与外部扰动等不确定因素的大型永磁同步风力发电系统的先进控制策略。项目首先提出基于动态再触发学习机制的永磁同步风力发电系统的最大功率跟踪算法，克服由风机老化等因素造成的发电效率下降问题；进而建立自抗扰速度控制器，实现对风机最优转速的快速和鲁棒跟踪；在此基础上，进一步建立永磁同步风力发电系统的自抗扰电流控制器，对风机内外扰动进行实时估计和补偿，并结合自抗扰控制技术和无位置传感器技术，提高整体系统的可靠性；最后建立小型永磁同步风力发电系统的模拟试验平台。本项目的研究成果将为未来大型永磁同步风力发电系统控制器的设计提供有力的理论指导和技术支持。

永磁同步风力发电系统由于其高效率，高可靠性和灵活并网等优点，必将在未来的大容量风力发电中得到广泛的应用。但大型风电系统具有不确定性与多干扰性的特点，并且风能具有随机性和不稳定性等特征，降低了系统运行的可靠性。针对上述问题，本项目首先建立了机侧的自抗扰速度控制器，提高速度控制的动态特性，减少由风速等因素引起的随机扰动。研究利用自抗扰速度控制器提高系统的稳态和暂态运行特性的方法。其次，建立机侧的自抗扰电流控制器，减少由扰动引起的动态性能降低问题，减少系统内部非线性动态变化以及外部扰动的影响。第三，在所建立的自抗扰控制器的基础上，建立永磁同步发电机无位置传感器控制方法，减少系统成本，提高系统的可靠性。最后，建立小型永磁同步风力发电系统的模拟试验平台，验证所提控制方法的有效性。本项目的研究成果将为大型永磁同步风力发电系统控制器的设计提供有力的理论指导和技术支持。