一种风力发电机组非线性控制输入设计方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风力发电机组非线性控制输入设计方法及其系统，属于风电机组领域，包括三部分：建立风力发电机组线性化模型，计算非线性控制输入和系统状态更新。本发明专利技术的风力发电机组非线性控制输入设计方法可替代PID控制器，直接计算出非线性控制输入，实现了系统的稳定性以及系统输出对目标参考曲线的跟踪，对提高风力发电机控制系统的控制性能有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组非线性控制输入设计方法及其系统
本专利技术涉及风电机组领域，特别是涉及一种风力发电机组非线性控制输入设计方法及其系统。
技术介绍
风力发电机控制系统是整个风力发电机组的核心,直接影响着整个风力发电系统的性能、效率和电能质量。目前风力发电机组的控制系统主要主要使用PID控制器，它通过把系统观测到的数据和一个预先设定的参考值进行比较，然后把比较后得出的差值用控制算法计算新的输入值，这个新的输入值可以让系统的输出达到目标值。PID控制器:应用比例KP,积分KI和微分KD三种控制规律，根据系统状态和参考值状态的差值来调整输入值得到预期的控制效果。在风力发电机组控制过程中，PID控制参数以及图形之间没有精确直接的数值对应关系，大都需要依靠工程设计人员以自己的经验来进行调节，存在一定的误差和不确定性，给属于非线性系统的风力发电机组的控制运行带来困难。风力发电机组是一个非线性复杂系统，在运行过程中会受到风速的不确定性以及负载扰动等环节的影响，对于风力发电机组的控制系统而言，控制器需要能够考虑到这个非线性特性，从而达到满意的控制效果，需要达到控制系统的稳定性要求，并能跟踪目标参考曲线使系统达到理想的电功率输出。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种风力发电机组非线性控制输入设计方法及其系统，可以计算得出非线性控制输入，主要应用于目前的风力发电机组控制系统中。该方法能够代替PID控制器，达到实现风机控制系统的稳定性和跟踪目标参考曲线的要求。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种风力发电机组非线性控制输入设计方法，包括如下步骤：1)根据具体的风力发电机组设置系统参数，把风力发电机组模型进行线性化，得到各个风速下的系统状态空间模型；2)基于该线性系统的状态空间模型，计算出非线性控制参数K和非线性控制输入：u＝Kx(1)式(1)中，K为非线性控制参数，u为包含了当前时刻的非线性输入以及在当前时刻对未来时刻非线性控制输入的估计，并将该非线性控制输入传递给系统；3)系统状态更新：根据在在当前时刻的初始状态x以及计算得出的非线性控制参数K,得出当前时刻的非线性控制输入传递给系统；到了下一时刻，将下一时刻的状态更新作为初始状态，进而计算出下一时刻的非线性控制输入传递系统，以此往后类推，形成一个状态反馈闭环系统。进一步地，所述步骤1)中系统状态空间模型表示为：x′＝Ax+Buy＝Cx+Du(2)式(2)中，输入量u为风速，桨距角控制量和发电机转矩控制量，输出量y为发电机转速和桨距角，x为风电机组的系统状态，x′为x的微分，A,B,C,D为系统状态矩阵，所述系统状态矩阵通过风机系统建模得到。进一步地，所述步骤2)中，通过对步骤1)建立起的线性系统的状态空间模型，定义二次型函数式(3)得出非线性控制输入u＝Kx：式(3)中，R为设定的固定数值，u为风速，J为二次型函数矩阵，T为矩阵的转置。进一步地,所述非线性控制参数通过式(4)计算得出：K＝-(BSBT+R)-1BTA(4)式(4)中，S为设定参数、T为矩阵的转置、R为设定的固定数值、B为系统状态矩阵、A系统状态矩阵。另一方面，提供一种风力发电机组非线性控制输入系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的风力发电机组非线性控制输入设计方法的步骤。采用这样的设计后，本专利技术至少具有以下优点：本专利技术的风力发电机组非线性控制输入设计方法可替代PID控制器，直接计算出非线性控制输入，实现了系统的稳定性以及系统输出对目标参考曲线的跟踪，对提高风力发电机控制系统的控制性能有重要意义。附图说明上述仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。图1是本专利技术的风力发电机组非线性控制输入设计方法的流程示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施例。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域技术人员。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。本专利技术提供一种风力发电机组非线性控制输入设计方法的实施例，如图1所示，包括三部分：建立风力发电机组线性化模型，计算非线性控制输入和系统状态更新。包括如下步骤：1)根据具体的风力发电机组设置系统参数，把风力发电机组模型进行线性化，得到各个风速下的系统状态空间模型；2)基于该线性系统的状态空间模型，计算出非线性控制参数K和非线性控制输入：u＝Kx(1)式(1)中，K为非线性控制参数，u为包含了当前时刻的非线性输入以及在当前时刻对未来时刻非线性控制输入的估计，并将该非线性控制输入传递给系统；3)系统状态更新：根据在在当前时刻的初始状态x以及计算得出的非线性控制参数K,得出当前时刻的非线性控制输入传递给系统；到了下一时刻，将下一时刻的状态更新作为初始状态，进而计算出下一时刻的非线性控制输入传递系统，以此往后类推，形成一个状态反馈闭环系统。本专利技术的计算非线性控制输入的方法是根据非线性控制理论，对于以状态空间形式y＝Cx+Du表示的风力发电机组线性系统，基于这个线性系统，计算出非线性控制参数K和非线性控制输入u＝Kx，得到一个易于工程实现的控制器，构成闭环控制系统，能够兼顾系统稳定性和对目标参考曲线的快速跟踪等多项性能指标，而且主要的数学软件都为该控制器的实验和仿真提供了平台，为实现控制器的参数优化设计提供了方便。系统状态更新的方法是首先在当前时刻，将根据初始状态计算得出的非线性控制输入信号传递给系统。到了下一时刻，需要将下一时刻的状态更新作为初始状态，进而计算得出下一时刻的非线性控制输入传递给系统，以此往后类推，形成了一个状态反馈闭环系统。建立风力发电机组线性化模型的方法是通过常用的仿真计算软件，根据具体的风力发电机组设置系统参数，把风力发电机组模型进行线性化，得到风速范围内的风力发电机组的线性化模型。风力发电机组各部分的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组非线性控制输入设计方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)根据具体的风力发电机组设置系统参数，把风力发电机组模型进行线性化，得到各个风速下的系统状态空间模型；/n2)基于该线性系统的状态空间模型，计算出非线性控制参数K和非线性控制输入：/nu＝Kx (1)/n式(1)中，K为非线性控制参数，u为包含了当前时刻的非线性输入以及在当前时刻对未来时刻非线性控制输入的估计，并将该非线性控制输入传递给系统；/n3)系统状态更新：根据在在当前时刻的初始状态x以及计算得出的非线性控制参数K,得出当前时刻的非线性控制输入传递给系统；到了下一时刻，将下一时刻的状态更新作为初始状态，进而计算出下一时刻的非线性控制输入传递系统，以此往后类推，形成一个状态反馈闭环系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组非线性控制输入设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据具体的风力发电机组设置系统参数，把风力发电机组模型进行线性化，得到各个风速下的系统状态空间模型；
2)基于该线性系统的状态空间模型，计算出非线性控制参数K和非线性控制输入：
u＝Kx(1)
式(1)中，K为非线性控制参数，u为包含了当前时刻的非线性输入以及在当前时刻对未来时刻非线性控制输入的估计，并将该非线性控制输入传递给系统；
3)系统状态更新：根据在在当前时刻的初始状态x以及计算得出的非线性控制参数K,得出当前时刻的非线性控制输入传递给系统；到了下一时刻，将下一时刻的状态更新作为初始状态，进而计算出下一时刻的非线性控制输入传递系统，以此往后类推，形成一个状态反馈闭环系统。


2.根据权利要求1所述的风力发电机组非线性控制输入设计方法，其特征在于，所述步骤1)中系统状态空间模型表示为：
x′＝Ax+Bu
y＝Cx+Du(2)
式(2)中，输入量u为风速，桨距角控制量和发电机转矩控制量，输出量y为发电机转速和桨距...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴行健，王文亮，袁凌，潘磊，
申请(专利权)人：国电联合动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11