基于扩张状态观测的永磁直驱风力发电系统MPPT自适应滑模控制.pdf

第４２卷第ｌ８期２０１４年９月１６曰电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶｏ】．４２ＮＯ．１８Ｓｅｐ．１６．２０ｌ４基于扩张状态观测的永磁直驱风力发电系统ＭＰＰＴ自适应滑模控制茅靖峰，吴爱华，吴国庆，张旭东，吴国祥（南通大学电气工程学院，江苏南通２２６０１９）摘要：为了提高永磁直驱风力发电系统的发电工作性能，针对风速波动范围宽和不确定强的最大功率跟踪（ＭＰＰＴ）控制特点，应用滑模控制理论和扩张状态观测器方法，设计了一种基于最佳叶尖速比（ＴＳＲ）控制策略的最大功率跟踪自适应积分滑模控制器。控制器采用基于最佳转速跟踪偏差的积分型滑模面函数结构，确保转速跟踪控制稳态无静差利用扩张状态观测器对风力机实时机械转矩进行估计，以获得转矩扰动上界的估计值。同时引入非线性幂次组合函数和转速跟踪偏差负反馈环节，构造基于状态偏差的滑模变速趋近律，使得切换增益具有随最佳转速跟踪偏差实现自适应调整的特性，并可有效抑制滑模控制输出的抖振。通过与智能ＰＩＤ控制器相比较的仿真实验，验证了该控制器实现最大功率跟踪控制的良好效果，具有较强的鲁棒性和适应性。关键词：风力发电系统；永磁同步发电机；最大功率跟踪；滑模控制；扩张状态观测器；自适应控制—ＡｄａｐｔｉｖｅｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅＭＰＰＴｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒＰＭＳＧｂａｓｅｄｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｂａｓｅｄｏｎｅｘｔｅｎｄｅｄｓｔａｔｅｏｂｓｅｒｖｅｒ——ＭＡＯＪｉｎｇｆｅｎｇ，ＷＵＡｉｈｕａ，ＷＵＧｕｏ－ｑｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｕ－ｄｏｎｇ，ＷＵＧｕｏ－ｘｉａｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｔｏｎｇ２２６０１９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｎｏｖｅｌｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇ（ＭＰＰＴ）ｃｏｎｔｒｏｌｓ￣ａｔｅｇｙｆｏｒｄｉｒｅｃｔ・ｄｒｉｖｅｎｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ’ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＰＭＳＧ）ｂａｓｅｄｏｎｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ（ＷＥＣＳ）．ＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙＳｄｒａｓｔｉｃａｌｌｙｎｏｎｌｉｎｅａｒ’ａｎｄｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｆｅａｔｕｒｅｓ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙａｄｏｐｔｓｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅＳｏｐｔｉｍｕｍｔｉｐｓｐｅｅｄｒａｔｉｏ（ＴＳＲ）ｔｒａｃｋｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏａｃｈｉｅｖｅｍａｘｉｍｕｍｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅ衔ｃｉｅｎｃｙ．ａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓａｎｅｘｔｅｎｄｅｄｓｔａｔｅｏｂｓｅｒｖｅｒｆＥＳＯ１ｏｆｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅａｅｒｏｄｙｒｎａｍｉｃｔｏｒｑｕｅｗｉｔｈａｎａｄａｐｔｉｖｅｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌ（ＳＭＣ）ｍｅｔｈｏｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｈｉｇｈｔｒａｃｋｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍＴＳＲ．ＴｈｅｉｎｔｅｇｒａｌｔｅｒｍｉｎｔｈｅｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｓｕｒｆａｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎｃａｒｌｅｎｓｕｒｅｔｈｅＴＳＲｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｏｕｔｓｔｅａｄｙｅｒｒｏｒＴｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｔｏｒｑｕｅｃａｎｂｅｅｖａｌｕａｔｅｄｅｘａｃｔｌｙｂｙｔｈｅＥＳＯｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｃｙｏｆｗｉｎｄｐｏｗｅｒｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｉｎＭＰＰＴｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．—Ｄｕｅｔｏｔｈｅｎｅｗｒｅａｃｈｉｎｇｌａｗａｌｇｏｒｉｔｈｍｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｐｏｗｅｒｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｍｕｍｓｐｅｅｄｔｒａｃｋｉｎｇｅｒｒｏｒｎｅｇａｔｉｖｅｆｅｅｄｂａｃｋｌｏｏｐ，ｔｈｅｇａｉｎｏｆｔｈｅｓｗｉｔｃｈｆｕｎｃｔｉｏｎｉＳｇｒａｎｔｅｄｔｈｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃａｄｉｕｓｔｗｉｔｈＴＳＲｔｒａｃｋｉｎｇｅｒｒｏｒ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｔｔｅｒｉｎｇａｍｐｌｉｔｕｄｅｃａｎｂｅｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｌｙｄａｍｐｅｄ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｈａｓａｂｅＲｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈａｔｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉＳｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａＩＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．６１００４０５３ａｎｄＮｏ．６１２７３１５ｌ１．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ；ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇ；ｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌ；ｅｘｔｅｎｄｅｄｓｔａｔｅｏｂｓｅｒｖｅｒ；ａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏ１巾图分类号：ＴＭ６１４；ＴＰ２７３文献标识码：Ａ——文章编号：１６７４３４１５（２０１４）１８．００５８０８０引言永磁直驱风力发电系统省去了双馈型风力发电基金项目：国家自然科学基金（６１００４０５３，６１２７３１５１）；江苏省自然科学基金（ＢＫ２０１４１２３８）；江苏省高校青蓝工程资助—项目；江苏省高校研究生科研创新计划项目（ＣＸＬＸ１３６８１）；南通市应用研究计划项目（ＢＫ２０１２００９，ＢＫ２０１３０６２）系统中的精密齿轮箱、电刷和滑环等机械易损部件，具备了机械结构简单、运行可靠、发电效率高、摩擦损耗小、噪音低、装机容量大、便于维护等突出特点，已逐渐成为风力发电装备研究和制造应用领域中的热点钔。针对大、中型永磁直驱风力发电系统，由于其旋转主轴的转动惯量较大、风力机的性能参数明确，因此常采用最佳特性曲线方法进行额定风速以下运茅靖峰，等基于扩张状态观测的永磁直驱风力发电系统ＭＰＰＴ自适应滑模控制一６１．‘“图，可见非线性组合幂次函数ｆａｌ（１具有小误差（”，大增益：大误差（１ｚｌ＞ｏ￣，小增益的良好工程特性【ｌ７］，有利于实现对未知状态量的快速动态跟踪。（＝Ｏ５，：０．１）图３ｆａｌ函数输出特性Ｆｉｇ．３Ｏｕｔｐｕｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅｏｆｆａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ考察永磁直驱风力发电系统的机电耦合运动学方程式（１０），并对照一般表达式（１２），若令，—口＝，，＝ａｘ，ｗ（０＝，（，ｖｗ），６＝一１．５ｎｐ，，Ｕ＝ｉｓｑ。则式（１０）可变形为形如式（１２）的一阶系统方程。因此，其二阶扩张状态观测器可设计为ｊ・（，）＋）Ｉ：＝一ｆａｌ（ｚ。一，，）式中：ｚ为状态量的跟踪信号；Ｚ２为未知扰动ｗ（的观测信号；届１和届ｚ为输出误差校正增益；和为滤波因子；，为非线性因子，０＜ｏ：２＜ａ＇１＜１。因此，由式（１５）便可得到永磁直驱风力发电系统中未知待估的风力机实时转矩ｒｗ（Ｏ￣，Ｖｗ）。２．２积分滑模控制器设计对于基于最佳叶尖速比方法的转速跟踪型控制器设计，首先定义最佳机械角速度的跟踪误差。为状态量，。＝，则基于ＰＭＳＧ的永磁直驱风力发电系统ＭＰＰＴ控制的机电耦合运动学方程式（１０），可重新写为——ｘｏ＝ａｘ。一ｂｕｃｗ（ｔ）（１６）式中，ｃ＝－Ｂｏ￣／Ｊ。选取积分滑模面函数（。）＝ｋｐＸ。＋ｋｉＸｅｄｔ（１７）式中，、岛＞０为滑模面系数，决定最终滑模状态的品质。当系统状态处于滑模面上时，ｓ（ｔ）＝（）＝０，即ｋｐ－￣ｅ＋曩。＝０（１８）求解式（１８），可得Ｘｅ＝一＝Ｃｏｅ（１９）式中：Ｃ０为任意常数；ｒ为收敛时间常数，Ｆ。由式（１９）可知，积分滑模面函数式（１７），可以使系统状态按照指数曲线形式衰减至零，从而实现无超调的状态跟踪控制。因此，可以通过被控永磁直驱风力发电系统转速响应的固有时间周期来合理选取偏差的收敛时间常数ｆ，进而计算得到积分滑模面的系数取值，即可达到理想的ＴＳＲ最佳转速跟踪控制效果。选取滑模趋近律（。）＝一ｅｓｇｎ（ｓ），￡＞０（２０）由式（１７）和式（２０）可解得永磁直驱风力发电系统最佳转速跟踪滑模控制律为＝１—口＋盔）ｋｐ￣］＋ｅｓｇｎ（））（２１）选取Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数：（２２）２根据Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性条件，当条件＜０满足时，系统在整个状态空间都趋向于滑模面，并在进入滑动模态后以选定的趋近规律渐近到达稳态。该条件即是求取控制律参数的依据。为此，对式（２２）求导，并由系统式（１６）和滑模控制律式（２１）可得Ｖ＝＝（一６甜一ｃ－ｗ（ｔ））＋ｋｉｘｅＩ＝（２３）————ｅｓ［ｋｐｗ（ｔ）ｓ显然，为使得永磁直驱风力发电系统ＭＰＰＴ滑模控制系统稳定，即满足＜０条件，其控制律符号函数的增益系数必须满足＞１ｗ（ｆ）Ｉ＝ｋｐｌｒｗ（ｃｏｔ，Ｖｗ）ｌ（２４）当条件式（２４）满足时，控制律式（２１）满足滑动模态的到达条件，能够驱使系统沿着滑模面Ｓ趋近于平衡原点。２．３抖振分析与ｇｒＪ￣Ｕ分析式（２１）可知，正是符号函数ｓｇｎ（ｓ）这一电力系统保护与控制部分切换控制律实现了系统对不确定性和外加干扰ｗｆｆ）的鲁棒控制，且系统需要克服的不确定摄动和外干扰越大，８也要取得越大。因此，如果控制器不进行风力机机械转矩，ｖ）的实时估计，￡需要保守设计，即取较大的ｓ值以确保最大功率跟踪过程的全局稳定。但显然，过大的￡必然引起控制律的大幅抖振现象，危及风力机系统的机电稳定。为此，将状态观测器估计的风力机实时机械转矩ｒｗ（ｏｋ，ｖ）代入滑模控制律，可以在最合理的动态趋近率参数的条件下达到ＴＳＲ最佳转速跟踪的全局渐近稳定控制目的。为了进一步抑制抖振，并赋予切换控制律增益系数随系统状态的变化进行白适应调节的能力，将最佳转速跟踪状态偏差幅值Ｉｘ。Ｉ作为增益系数因子，并考虑将非线性组合幂次函数ｆａｌ（・）代替切换控制律中的符号函数ｓｇｎ（・），形成新的趋近律ｌ－１．Ｓ（Ｘｅ）＝一ｌｒｗｌＩｘｅｌｆａｌ（ｓ，，（２５）式中，，为风力机机械转矩ｒｗ（ｏｋ，ｖｗ）的扩张状态观测器估计值。再次分析图３可见，式（２５）中的非线性组合幂次函数ｆａｌ（・）具有连续光滑的非线性输出特性，在“抑制抖振的同时，也使得滑模切换控制律呈现大”范围逼近，柔和趋近的控制特点。由式（１７）和式（２５）可解得永磁直驱风力发电系统基于新趋近率的最佳转速跟踪滑模控制律１（口＋丘）一讣￣ＬｌｘｅＩｆａｌ（，）另根据Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数式（２２），易证，基于新趋近律的滑模控制律式（２６）满足ｈｌ嘉ＳＺ。ｌ０，＞（２７）０，因此，滑模控制律式（２６）能够将系统引导到滑动模态上，并在系统状态轨迹向滑模面趋近过程中，根据增益Ｉｘ。ｌ所具有的状态偏差负反馈性质，使其幅值逐渐衰减并很快趋向于零，最后使系统稳定于平衡原点。３实验分析依据前文分析，应用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立基于ＰＭＳＧ的永磁直驱风电系统数值模型，进行算法的验证，其中，ＰＭＳＧ采用基于ｉａ＝０的磁场定向解耦策略控制策略。控制结构原理框图如图４所示。图４最大功率跟踪滑模控制原理图Ｆｉｇ．４ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＭＰＰＴｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ永磁同步发电机参数：额定功率尸Ｎ＝７．５ｋＷ，额定转速ｎＮ＝４５０ｒ／ｍｉｎ，极对数。＝６，每极主磁通０．３５￣１０～Ｗｂ，定子电阻＝０．１２Ｑ，定子交直轴电感Ｌａ＝Ｌ。。＝８．５ｍＨ。风力机参数：风轮半径：２．０６１ＴＩ，最大风能利用系数ＣＰ＝０．４８，最佳叶尖速比ｍ＝８．Ｉ，最佳转速风速比３．９３，额定风速ＶｗＮ＝１２ｍ／ｓ，空气密度ｐ＝１．２９３ｋｇ／ｍ，旋转主轴转动惯量Ｊ＝３．５ｋｇ・１ＴＩ，系统摩擦系数Ｂ＝０．０２Ｎ・ｓ／ｒａｄ。扩张状态观测器参数：届１＝２０，届２＝４００，＝０．５，＝０．２５，＝＝０．１。针对直驱式传动主轴的秒级动态响应时间，依据式（１９）的指数衰减特性分析，可选取转速跟踪偏差的收敛时间常数ｒ＝０．５Ｓ，则积分滑模面参数可通过优选设计为：Ｏ．０８，岛＝Ｏ．１６。滑模趋近律幂次组合函数参数：ａ＝０．５，ｆｉ＝０．１。滑模控制量输出限幅：Ｉｕｌ＝ｌｉ。ｑ１＜２８Ａ。仿真方案为在快速突变风速和连续自然风速模拟两种条件下，永磁直驱风力发电系统ＭＰＰＴ动态跟踪的性能。为了进行控制效果对比，设计了固定参数ＰＩＤ控制器和智能ＰＩＤ控制器。其中，智能ＰＩＤ控制器以角速度给定值ｏｋ和跟踪误差Ｘｅ为输入量，其智能决策器根据实时的误差量反馈与预设的阀值进行比较，实现２组优化的ＰＩＤ控制参数的切换。选取预设阀值ｙ＝０．１ｏｋ，当Ｉｘｄ＞￣时，一８．６５，＝０，Ｋｌ＝０．４１；当ｌｙ时，＝一４．５３，＝一０．１４，Ｉ＝０．８２；ＰＩＤ控制量输出限幅：Ｊｕｊ＝ｔｉ。。１＜２８Ａ。图５为在风速Ｖｗ（ｔ）＝２．５５＋２．５５Ｅ（ｔ－３）一３．８３￣（ｔ－６）时，根据最佳转速风速比关系，计算得到最优指令转速。（ｆ）＝Ｄｔｖ（ｆ）＝１０￡（ｆ）＋ｌ０￡（卜３）一１５ａｔ－６）情况茅靖峰，等基于扩张状态观测的永磁直驱风力发电系统ＭＰＰＴ自适应滑模控制下，三种控制器对ＭＰＰＴ最佳指令转速甜（力的跟踪转速曲线。图５快速突变风速ＭＰＰＴ响应Ｆｉｇ．５ＭＰＰＴｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅｓｕｎｄｅｒｒａｐｉｄｗｉｎｄｓｐｅｅｄｃｈａｎｇｅｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎ由图５可见，对于阶跃快速突变型的转速给定指令，三种控制方法均可实现转速的稳态跟踪无静差，即达到了ＭＰＰＴ目的。但对于永磁直驱式风力发电系统这一较大转动惯量的传动主轴特性和随风速及转速快速变化的风力机机械转矩特点，为了协调跟踪控制的快速性和准确性指标，优化参数的固定参数ＰＩＤ控制器，上升时间达到了０．８Ｓ，但产生了８％的超调和１．５ｓ的调节过渡时间；智能ＰＩＤ控制器，通过控制增益的在线切换，使得响应速度与ＳＭＣ接近，但由于有限数量的切换规则，亦使其产生了一定的超调和较长的调节过渡时间；而ＳＭＣ控制器可以达到快速无超调的跟踪，稳定跟踪时间０．５Ｓ。进一步对图５分析可知，ＳＭＣ控制量输出具有在大跟踪误差时，快速响应，在小跟踪误差时，柔和趋近的良好非线性特性，且没有抖振现象，总体控制效果优于ＰＩＤ控制。图６为在连续自然风速模拟条件下，三种控制器在实现ＭＰＰＴ跟踪的动态过程中的转速跟踪曲线、叶尖速比调节曲线、风能利用系数ＣＤ变化曲线，以及在ＳＭＣ控制下的风力机实时机械转矩曲线和其ＥＳＯ估计曲线。由图６（ａ）～图６（ｄ）可见，在风速连续大范围波动的情况下，ＳＭＣ控制器能够使直驱系统的转速快速准确地跟踪到最佳转速，叶尖速比保持在最佳值叩ｔ＝８．１附近，风能利用系数保持在最大值Ｃｐａｘ＝０．４８附近，且波动较小。进一步分析图６（ｅ）可知，ＳＭＣ控制器中的ＥＳＯ部分能够有效地估计出风力机的实时机械转矩，并通过其对切换控制律增益的实时在线调节，确保了ＳＭＣ控制器输出响应的快速无抖振。（ｂ）最佳转速跟踪曲线ｔ／ｓ（ｃ）叶尖速比调节曲线０５１０１５２０２５ｔ／ｓ（ｄ）风能利用系数变化曲线ｔ／ｓｆｅ１风力机机械转矩及其ＥｓＯ估计值曲线图６连续自然风速ＭＰＰＴ响应Ｆｉｇ．６ＭＰＰＴｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅｓｕｎｄｅｒｎａｔｕｒａｌｗｉｎｄｓｐｅｅｄｃｈａｎｇｅｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎ㈣㈣㈣㈣．．６４．．电力系统保护与控制对比三种控制器的ＭＰＰＴ效果可见，对于转速输入给定和风力机机械转矩均在连续非线性变化的ＭＰＰＴ控制应用背景下，ＳＭＣ控制可以ＬＬＰＩＤ控制具有更有效的抑制系统状态参数变化的能力，也可有效避免在智能ＰＩＤ控制器设计中的基于经验和试凑法的逻辑划分、规则数量选取及参数整定问题，其大范围适应性和鲁棒性强于ＰＩＤ控制。仿真结果表明：（１）由于滑模面函数的积分项作用，使得直驱系统在最佳工作状态点大范围变化的情况下，转速跟踪控制稳态无静差；（２）由于采用了含扩张状态观测估计和基于转速跟踪偏差负反馈的幂次组合变速趋近律方法，使得ＳＭＣ切换控制增益系数在线自适应调节，且输出平滑无抖振，ＭＰＰＴ跟踪控制效果优于ＰＩＤ控制；（３）通过滑模面函数及其收敛时间参数的优化配置，使得直驱系统的ＭＰＰＴ控制效果在快速跟随和抑制超调方面具有良好的协调能力，大范围适应性和鲁棒性良好。４结论本文提出了一种基于扩张状态观测器的直驱式永磁同步风力发电系统ＭＰＰＴ自适应积分滑模控制器。该方法具有切换增益依据最佳转速跟踪偏差和风力机实时机械转矩而进行白适应调整的良好特性；基于指数收敛时间常数设计的积分型滑模面结构可以进一步减少ＰＭＳＧ在最佳转速跟踪动态过程的稳态误差；在保证ＭＰＰＴ跟踪响应快速无超调的基础上，滑模控制输出无抖振。仿真结果验证了设计的滑模控制器在突变风速和大范围连续变化风速范围情况下，直驱式永磁同步风力发电系统均能较好地实现ＭＰＰＴ运行，性能优于ＰＩＤ控制器。参考文献［１］王风翔．永磁电机在风力发电系统中的应用及其发展—趋向［Ｊ］．电工技术学报，２０１２，２７（３）：１２２４．ＷＡＮＧＦｅｎｇ－ｘｉａｎｇ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆＰＭｍａｃｈｉｎｅｓｉｎｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，—２０１２，２７（３）：１２２４．［２］孟鹏，邱晓燕，林伟，等．直驱式永磁同步风力发电动态特性的研究【Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１２，４０（１４）：３８．４３．—ＭＥＮＧＰｅｎｇ，ＱＩＵＸｉａｏｙａｎ，ＬＩＮＷｅｉ，ｅｔａ１．Ｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｄｉｒｅｃｔｌｙｄｒｉｖｅｎｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ—ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４０（１４）：３８４３．［３］王文亮，葛宝明，毕大强．储能型直驱永磁同步风力发电控制系统［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（１４）：—４３４８．７８．—ＷＡＮＧＷｅｎ－ｌｉａｎｇ，ＧＥＢａｏ－ｍｉｎｇ，ＢＩＤａｑｉａｎｇ．Ｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅ—ｂａｓｅｄｄｉｒｅｃｔｄｒｉｖｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｗｉｎｄｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ—ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１４）：４３４８，７８．［４］黄守道，肖磊，黄科元，等．不对称电网故障下直驱型永磁风力发电系统网侧变流器的运行与控制［Ｊ］．电工技术学报，２０１１，２６（２）：１７３－１８０．ＨＵＡＮＧＳｈｏｕ－ｄａｏ，ＸＩＡＯＬｅｉ，ＨＵＡＮＧＫｅ－ｙｕａｎ，ｅｔａ１．Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｎｔｈｅｇｒｉｄ－ｓｉｄｅｃｏｎｖｅｎｅｒｏｆｔｈｅ—ｄｉｒｅｃｔｌｙｄｒｉｖｅｎｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｗｉｔｈＰＭｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｄｕｒｉｎｇａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｆａｕｌｔｓ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆ—ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１１，２６（２）：１７３１８０．［５］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【中国电机工程学报，２００９，２９（２７）：１０６－１１１．—ＺＨＡＯＲｅｎ－ｄｅ，ＷＡＮＧＹｏｎｇ￣ｕｎ，ＺＨＡＮＧＪｉａｓｈｅｎｇ．Ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｄｉｒｅｃｔ－ｄｒｉｖｅｎｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００９，２９（２７）：１０６－１１１．［６］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）：１１－１５，２７．ＹＡＯＪｕｎ，ＬＩＡＯＹｏｎｇ，ＱＵＸｉｎｇ－ｈｏｎ￣ｅｔａ１．Ｏｐｔｉｍａｌｗｉｎｄ・－ｅｎｅｒｇｙｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆｄｉｒｅｃｔ・－ｄｒｉｖｅｎｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｆｏｒｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ［Ｊ］．—ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，３２（１Ｏ）：１１１５，２７．［７］ＺＯＵＹＥＬＢＵＬＵＫＭＥ，ＳＯＺＥＲＳｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇ（ＭＰＰＴ）ｍｅｔｈｏｄｉｎｗｉｎｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１３，４９（３）：１１２９－１１３６．［８］ＸＩＡＹＡＨＭＥＤＫＨ。ＷＩＬＬＩＡＭＳＢ、Ａｎｅｗｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｂａｓｅｄｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１１，２６（１２）：３６０９－３６２０．［９］孟克其劳，陈虎，钱春震，等．永磁直驱风力发电系统最大功率追踪策略研究［Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１２，４０（２２）：８３－８７，９３．ＭＥＮＧＫｅｑｉｌａｏ，ＣＨＥＮＨｕ，ＱＩＡＮＣｈｕｎ－ｚｈｅｎ，ｅｔａ１．Ｓｔｕｄｙｏｎｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒ茅靖峰，等基于扩张状态观测的永磁直驱风力发电系统ＭＰＰＴ自适应滑模控制．６５．—ｄｉｒｅｃｔｄｒｉｖｅｎｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４０（２２）：８３－８７，９３．［１０］ＫＩＭＫＨ，ＪＥＵＮＧＹＣ，ＬＥＥＤＣ，ｅｔａ１．ＬＶＲＴｓｃｈｅｍｅｏｆＰＭＳＧｗｉｎｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｂａｓｅｄｏｎｆｅｅｄｂａｃｋｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１２，—２７（５）：２３７６２３８４．［１１］ＣＯＲＲＡＤＩＮＩＭＬ，ＩＰＰＯＬＩＴＩＧＯＲＬＡＮＤＯＧＲｏｂｕｓｔ—ｃｏｎｔｒｏｌｏｆｖａｒｉａｂｌｅｓｐｅｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｂａｓｅｄｏｎａｌｌａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｔｏｒｑｕｅｏｂｓｅｒｖｅｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，２１（４）：１１９９－１２０６．［１２］ＶＡＬＥＮＣＩＡＧＡＦ．ＰＵＬＥＳＴＯＮＰＦ．Ｈｉ【ｇｈ－ｏｒｄｅｒｓｌｉｄｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒａｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎａｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２００８，２３（３）：８６０－８６７．［１３］ＳＩＮＧＨＭ，ＣＨＡＮＤＲＡＡ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｄａｐｔｉｖｅｎｅｔｗｏｒｋｂａｓｅｄｆｕｚｚｙｉｎｆｅｒｅｎｃｅｓｙｓｔｅｍｆｏｒｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｏｆＰＭＳＧ．ｂａｓｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｗｉｔｈｎｏｎｌｉｎｅａｒｌｏａｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１１，２６（１）：１６５－１７５．［１４］杨金明，吴捷，杨俊华．基于自抗扰控制器的风力发电系统的最大风能捕获控制［Ｊ］．太阳能学报，２００４，—２５（４）：５２５５２９．ＹＡＮＧＪｉｎ－ｍｉｎｇ，ＷＵＪｉｅ，ＹＡＮＧＪｕｎ－ｈｕａ．Ｍａｘｉｍｕｍｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｃａｐｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈａｕｔｏｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｒｅｊｅｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ［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