13、独立变速风力能源转换系统的智能比例积分滑模控制

独立变速风力能源转换系统的智能比例积分滑模控制

1. 引言

风能是替代传统能源的可行选择。在风力能源转换系统（WECS）中，双馈感应发电机（DFIG）使用齿轮箱存在一定局限性，因此直接耦合（到风力涡轮机）的永磁同步发电机（PMSG）得到应用。为使该方案高效运行，需要控制负载端的频率和端电压，这也是本文研究的主要领域。

传统的PI和PID控制器虽然简单易实现，但存在对非线性敏感、参数变化适应性差、动态响应弱和抗干扰能力差等缺点。而无模型控制（MFC）消除了对部分已知或未知系统动态进行复杂数学建模的需求，它建模简单、计算成本低，是一种高效的非线性鲁棒技术。智能PID（i - PID）控制器无需建模和识别过程，能避免过冲和下冲，相比经典PID具有更好的性能。

本文的主要贡献包括：
1. 设计了用于PMSG - BESS（电池储能系统）的WECS在不同风速条件下的频率和电压控制的智能比例积分滑模控制（iPI - SMC）。
2. 详细分析了iPI - SMC与PI控制在不同工作环境下的性能对比。
3. 通过OP4510 HIL实时模拟器验证了所提出的iPI - SMC的性能。

2. 风力涡轮机和PMSG的数学模型

2.1 风力涡轮机建模

风力涡轮机将风能转化为机械能，其空气动力学功率公式为：
[P_{turbine} = \frac{1}{2} \rho A v^3 C_p(\lambda, \beta)]
其中：
[C_p(\lambda, \beta) = C_1(\frac{C_2}{\lambda_i}-C_3 \beta - C_4)e^{-\frac