基于Markov跳变规律的风力发电系统控制的方法技术方案

本发明专利技术公开了基于Markov跳变规律的风力发电系统控制的方法,其特征是对作用在风力发电机上的风速进行滤波，提取低频风速；对整个风速区间按设定的间隔拆分为多个状态；对滤波后的低频风速建立Markov模型；对风力发电系统状态空间模型进行扩阶，将原有的风力发电系统描述为包含风速Markov增广模型的Markov跳变系统。本发明专利技术的优越效果是将风速的随机波动规律引入到风力发电系统模型中，实现了对风机的精准建模和有效控制以实现对风机的工况点切换控制效果的改进，同时有效降低了输出功率的波动频率，相比传统的现有的控制器有更强的稳定性。

Control method of wind power generation system based on Markov jump law

The invention discloses a method for control of wind power generation system based on the Markov variation, which is characterized by filtering the wind force in wind turbine, extraction of low frequency wind speed; the whole wind speed interval according to the interval set split into several states; the establishment of Markov model for wind speed frequency filtered in order to expand; wind power system state space model, the wind power generation system of the original description for the Markov Markov augmented model includes wind speed jump system. The superior effect of the invention is that the random fluctuation of wind speed into the wind power system model, to achieve the precise modeling of the wind turbine and effective control in order to achieve the improvement of the operating point of the fan switch control effect, and can effectively reduce the fluctuation of output power frequency, compared with the existing traditional stability controller has stronger the.

【技术实现步骤摘要】
基于Markov跳变规律的风力发电系统控制的方法
本专利技术涉及基于Markov跳变规律的风力发电系统控制的方法,属于风力发电

技术介绍
风能是一项重要的可再生能源，对风能的有效利用是眼下解决能源问题和环保问题的重要部分，风力发电系统作为吸收风能并转化为电能的重要系统，其运行稳定性和输出电能的质量对电网稳定性有至关重要的影响。对风力发电系统的控制策略都是在额定风速以下尽可能的从自然风中汲取能量，在额定风速以上稳定功率输出在额定功率点。由于风速具有随机性，其随机波动经常导致风力发电系统工况点的波动，同时在湍流风速的影响下造成输出功率的波动。由于风力发电系统的强非线性特性，现有的风机控制策略大都基于一个或一组线性化工况点，而当风机的运行偏离工况点时，控制效果会明显降低。有的控制策略会采取增益调度的方式，使控制率满足特定的情况，但当系统在工况点之前跳变的时候，对LPV控制器的求解会是个很大的问题；同时，这种切换策略和风场里真实的风速随机性规律并不相同。公开号为CN105134496A的专利申请公开了一种风力发电系统具有风车、升力改进设备、电力发电机、存储设备以及控制器。所述风车在本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于Markov跳变规律的风力发电系统控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、风速的区间划分；选取一个风速区间，设区间的初始风速为V0，区间的终止风速为VN，区间内选取风速点分别记为V1，V2，V3....VN‑1，将待选风速区间划分为N个风速段，对风速的划分为等间隔或者不等间隔；步骤2、风速的Markov建模；步骤3、风机模型与工况点选取；步骤4、控制器、线性化模型切换动作；步骤5、风力发电系统Markov跳变系统。

【技术特征摘要】
1.基于Markov跳变规律的风力发电系统控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、风速的区间划分；选取一个风速区间，设区间的初始风速为V0，区间的终止风速为VN，区间内选取风速点分别记为V1，V2，V3....VN-1，将待选风速区间划分为N个风速段，对风速的划分为等间隔或者不等间隔；步骤2、风速的Markov建模；步骤3、风机模型与工况点选取；步骤4、控制器、线性化模型切换动作；步骤5、风力发电系统Markov跳变系统。2.根据权利要求1所述的基于Markov跳变规律的风力发电系统控制的方法，其特征在于，所述步骤1中，额定风速11m/s到切除风速25m/s，以每相邻两个整数点风速区间内的风速为一个子区间，将额定风速以上的风速区间均分为14个区间，每个区间内风速范围1m。3.根据权利要求1所述的基于Markov跳变规律的风力发电系统控制的方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：步骤2.1：取一段风速数据，小时级或分钟级或秒级，对风速数据进行频域滤波，选取适当的采样频率，将风速分为高频和低频两部分，Vs为低频风速，Vw为高频风速，即：V(t)＝Vs(t)+VW(t)提取风速的低频数据进行后续分析，高频风速作为扰动信号；步骤2.2：对滤波后的风速数据，按步骤1的风速区间划分对风速分为N个风速点，形成N个风速区间，则所选取的风速共有N个状态；步骤2.3：对整段风速文件进行遍历，并按照风速划分的区间，计算整段风速中，第一个状态出现的频次，记为C1；步骤2.4：再次对风速文件进行遍历，统计整段风速中所有出现的第一状态的后续风速状态，并各自计算出现的频次，分别为C1，1、C1，2……C1，N；步骤2.5：以i状态为初始状态，j状态为后续状态(i、j≤N)，重复2.3、2.4两步，计算i状态出现的频次和前一时刻为i状态基础上，下一时刻为j状态的频次；步骤2.6：利用下面的公式，计算风速从i状态跳变到j状态的概率，记为Pi，j；步骤2.7：对所有状态计算转移概率，按下面的结构列写成为转移概率矩阵，4.根据权利要求1所述的基于Markov跳变规律的风力发电系统控制的方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：步骤3.1：根据风力发电系统的传动链、发电机子系统，用一组微分方程来描述，在额定风速以上的风力发电系统，选取传动轴扭转角度δ、风轮转速ωr、发电机转速ωg、桨距角β四个量为状态变量，以发电机工况点稳定转速ωz设定值和桨距角输入值βd为控制量，即u＝[βd，ωz]x＝[δ，ωr，ωg，β]，将湍流风Vw作为扰动量，风力发电系统的非线性微分方程模型为：其中：Tm为转子转矩，由于机械侧转矩是非线性的，因此利用泰勒展开对Tm对平均风速Vs进行展开，即：Tm＝Tm1(Vs)+Tm2(Vs)VW其中：

【专利技术属性】
技术研发人员：林忠伟，陈振宇，孟洪民，牛玉广，高明明，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11