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        滑模變結(jié)構(gòu)在風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

        2019-05-22 03:42:44劉曉淞
        關(guān)鍵詞:虛線滁州滑模

        劉 倩,李 時(shí),孫 靜,劉曉淞

        (1.滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系,安徽 滁州 239000; 2.國(guó)網(wǎng)滁州供電公司營(yíng)銷部,安徽 滁州 239000)

        0 引言

        風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)以其資源豐富、清潔安全、可再生的突出優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為新能源發(fā)電技術(shù)的主要代表。筆者針對(duì)這兩種發(fā)電系統(tǒng)高度非線性的特點(diǎn),運(yùn)用滑模變結(jié)構(gòu)的非線性、對(duì)系統(tǒng)的干擾和參數(shù)攝動(dòng)具有完全自適應(yīng)性的突出優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)了基于滑模變結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)。

        1 滑模變結(jié)構(gòu)

        圖1中,A、B、C3點(diǎn)分別表示通常點(diǎn)、起始點(diǎn)和終止點(diǎn),系統(tǒng)的狀態(tài)變量的運(yùn)動(dòng)有3種形式,若運(yùn)動(dòng)變量的運(yùn)動(dòng)軌跡慢慢向C點(diǎn)靠攏并逐漸趨于穩(wěn)定,此時(shí)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài),正在進(jìn)行滑模運(yùn)動(dòng)。

        圖1 超曲面示意圖

        2 滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)

        2.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)

        在負(fù)荷已知的情況下,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方式分為:

        1)風(fēng)力充足的時(shí)候,風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率P(w)能完全滿足負(fù)荷的要求,這是一種工作模式,此時(shí)滑模面選擇為

        2)另外一種工作模式就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率P(w)不能滿足負(fù)荷的要求,此時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作在最大功率輸出狀態(tài),此時(shí)滑模面選擇為

        圖2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)兩種工作模式之間切換

        2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)

        和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)類似,當(dāng)負(fù)荷為已知的情況下,光伏發(fā)電系統(tǒng)也存在兩種運(yùn)行模式:其一是光線充足時(shí)候,其二是光線不足時(shí)不能滿足負(fù)荷需求的情況。

        圖3 光伏發(fā)電系統(tǒng)兩種工作模式之間切換方式

        3 實(shí)驗(yàn)仿真

        以Matlab為平臺(tái),針對(duì)滁州天長(zhǎng)市氣象條件的變化,對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、太陽能發(fā)電系統(tǒng)在滑模變結(jié)構(gòu)控制器作用下的工作情況進(jìn)行仿真分析。

        3.1 變環(huán)境時(shí)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分析

        當(dāng)環(huán)境風(fēng)速改變時(shí),風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出特性曲線如圖4所示。取160 s的風(fēng)速變化曲線,上面一副圖是滁州天長(zhǎng)市某天某時(shí)的風(fēng)速v,下面一幅圖的曲線表示的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的最大功率曲線,對(duì)比圖中兩條曲線可以看出,風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的最大功率曲線與風(fēng)力曲線高度相似。虛線表示當(dāng)?shù)貙?duì)應(yīng)時(shí)間的負(fù)載曲線,分析得知,在第27 s~第35 s、第38 s~第42 s、第65 s~第87 s、第124 s~第129 s之間曲線在虛線之下,此時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)以最大功率運(yùn)行。其他時(shí)間段,曲線在虛線之上,此時(shí)風(fēng)力發(fā)電能滿足實(shí)際負(fù)載需求,觀察虛線的轉(zhuǎn)折點(diǎn),可以看出當(dāng)負(fù)載功率發(fā)生變化時(shí),風(fēng)力發(fā)電機(jī)都能很好地跟蹤負(fù)荷。說明滑??刂破髂芎芎玫厍袚Q風(fēng)力發(fā)電機(jī)的兩種發(fā)電模式,起到了好的控制效果。

        圖4 風(fēng)速變化時(shí)候的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出曲線

        3.2 變環(huán)境時(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)分析

        滁州天長(zhǎng)市某天某時(shí)的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度,光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出特性曲線如圖5所示。

        圖6為光照強(qiáng)度變化及環(huán)境溫度變化時(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出曲線,第1幅圖中的曲線為光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的最大功率曲線Pmax,虛線為負(fù)荷Psref;第2幅圖中的曲線為光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的實(shí)際功率曲線Ps,從第15 s~第35 s,第40 s~第60 s,第100 s~第115 s,第125 s~第150 s,曲線都在虛線之上,此時(shí)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)力滿足負(fù)荷需求,按第一種工作模式發(fā)電,在虛線的轉(zhuǎn)折處,發(fā)電系統(tǒng)能很好地跟隨負(fù)荷,在其余時(shí)間段,虛線都在曲線之上,此時(shí)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)力不能滿足負(fù)荷需求,按第2種工作模式發(fā)電,說明滑模控制器能很好地切換光伏發(fā)電系統(tǒng)的兩種發(fā)電模式,起到了好的控制效果。

        圖5 光照強(qiáng)度變化曲線及環(huán)境溫度變化曲線

        4 結(jié)語

        針對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)高度非線性的特點(diǎn),在變環(huán)境下設(shè)計(jì)了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制器,可根據(jù)用戶的實(shí)際負(fù)載變動(dòng)以及當(dāng)?shù)丨h(huán)境、氣候資源合理地優(yōu)化配置系統(tǒng)的容量,完成了在兩種工作模式之下的自由切換,很好地跟蹤負(fù)荷變化需求,提高了電網(wǎng)供電的可靠性、經(jīng)濟(jì)性,提高了控制品質(zhì)。

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