一种可抑制多扰动因素的风机模糊自适应变桨距控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可抑制多扰动因素的风机模糊自适应变桨距控制方法，该方法综合考虑风电机组实际运行常见的多扰动因素，包括风电机组在安装与制造时的初始参数误差、风力机组运行期间的环境变化以及风力机组叶片变化等因素，建立计及多因素扰动的风电机组变桨控制系统闭环传递函数，基于模糊自适应PID控制对考虑多扰动因素的风力机组变桨距控制系统进行调节，输出风力机组桨距角，实现了对多种因素引起的扰动自适应快速响应，确保风电机组桨距角得到恰当调整，维持系统稳定，实现对风能的最优捕获。的最优捕获。的最优捕获。

【技术实现步骤摘要】
一种可抑制多扰动因素的风机模糊自适应变桨距控制方法


[0001]本专利技术涉及风力机组变桨距控制
，具体的说是涉及一种可抑制多扰动因素的风机模糊自适应变桨距控制方法。

技术介绍

[0002]经济社会的持续快速发展，离不开有力的能源保障。风能作为一种绿色可再生能源，分布广泛，发电成本相对较低，而且安全性、可靠性较高。正是因为这些独特的优点，风力发电具有良好的社会效益和经济效益，因此风力发电技术越来越受到国家的重视。
[0003]由于风力机组在实际运行中不确定因素较多，传统风机的桨距控制策略仅考虑单一的风速扰动，并未综合考虑安装与制造时造成的初始参数误差、风力机组运行期间的环境变化(例如湍流风速、积雪、积霜等)以及风力机组叶片变化(例如叶片的弯曲、变形等)等多因素扰动，因此影响风力机的输出功率以及电能质量，另外还同时造成桨叶上的载荷不平衡，引起桨叶的拍打振动和扭矩波动。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出一种可抑制多扰动因素的风机模糊自适应变桨距控制方法，建立计及多因素扰动的风电机组变桨控制系统闭环传递函数，设计一种基于模糊自适应PID算法的风力发电机组变桨距控制方法，实现对多种因素引起的扰动自适应快速响应，确保风电机组桨距角得到恰当调整，维持系统稳定，实现对风能的最优捕获。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供一种可抑制多扰动因素的风机模糊自适应变桨距控制方法，包括：
[0007]建立考虑多扰动因素的风力机组变桨距控制系统的闭环传递函数；
[0008]基于所述闭环传递函数和模糊规则确定模糊自适应PID控制参数；
[0009]采用模糊自适应PID控制对所述考虑多扰动因素的风力机组变桨距控制系统进行调节，输出风力机组桨距角。
[0010]进一步的，所述扰动因素包括风力机组运行期间叶片变化扰动，风力机组安装初始参数误差扰动和风力机组运行期间环境变化扰动；
[0011]建立考虑多扰动因素的风力机组变桨距控制系统的闭环传递函数，包括：
[0012]建立风力机组运行期间叶片变化扰动的传递函数：
[0013][0014]其中，为叶根拍打弯矩M对桨距角β的线性化系数，为叶片的空气动力阻尼系数，ω
z
为叶片拍打振动模态的自然角频率，V(s)为外界风速；
[0015]建立风力机组安装初始参数误差扰动的传递函数：
[0016][0017]其中，k1，k2为扰动系数；
[0018]建立风力机组运行期间环境变化扰动的传递函数：
[0019][0020]其中，k3，k4，k5为扰动系数；
[0021]综合上述传递函数，得到风力机组变桨距控制系统的闭环传递函数：
[0022][0023]其中，D(s)＝D1(s)+D2(s)+D3(s)，K
P
、K
I
、K
D
为PID控制器的自适应参数，G
θ
为变桨控制器传递函数，G
c
为变桨执行器传递函数，T
β
为时间常数，G
p
为风力机的传递函数，J为转动惯量，ΔV(s)＝V(s)
‑
V0(s)，Δβ(s)＝β(s)
‑
β0(s)，V0为初始风速，β(s)为桨距角，β0是风力机工作点处的浆距角，μ、ξ和γ均为线性系数。
[0024]进一步的，基于所述闭环传递函数和模糊规则确定模糊自适应PID控制参数，包括：
[0025]对所述闭环传递函数进行降阶处理，并基于降阶处理后的闭环传递函数计算风力机组变桨距控制系统的超调量和调节时间；
[0026]根据超调量和调节时间整定模糊自适应PID控制的参数初值；
[0027]基于模糊规则确定模糊自适应PID控制参数的调整量；
[0028]将模糊自适应PID控制器参数的调整量与整定的参数初值相结合得到模糊自适应PI控制参数。
[0029]进一步的，
[0030]降阶后的闭环传递函数为：
[0031][0032]其中，φ(s)为降阶后的闭环传递函数，ζ为阻尼比，ω
n
为自然频率，ζ和ω
n
根据主导极点得到，
[0033]所述主导极点确定如下：
[0034]分别令传递函数G(s)的分子、分母等于零得到零点z
i
和极点p
i
，在复平面内寻找出距离虚轴最近且附近无闭环零点的极点，即为主导极点。
[0035]进一步的，所述计算风力机组变桨距控制系统的超调量和调节时间如下：
[0036]当0＜ζ＜1时，超调量σ为：
[0037][0038]以误差带Δ＝0.05为标准，调节时间t
s
为：
[0039][0040]当ζ＞1时，不存在超调量；以误差带Δ＝0.05为标准，调节时间t
s
为：
[0041][0042][0043][0044]进一步的，所述基于模糊规则确定模糊自适应PID控制参数的调整量，包括：
[0045]将风力机组的转速理论值ω
ref
与实际值间的差值e以及误差变化量ec作为模糊控制器的输入量；
[0046]将输入量模糊化，根据预设定的模糊规则运用Mamdani模糊推理法得到模糊子集；
[0047]将模糊子集解模糊得到模糊控制器的输出量作为PID控制器自适应参数的调整量ΔK
P
、ΔK
I
、ΔK
D
。
[0048]进一步的，所述模糊控制器采用二维模糊控制器。
[0049]进一步的，所述模糊控制器采用三角形隶属度函数。
[0050]进一步的，采用重心法对模糊子集解模糊得到模糊控制器的输出量。
[0051]本专利技术具有如下有益效果：
[0052]本专利技术考虑到风力机组控制过程中各种扰动因素，建立计及多因素扰动的风电机组变桨控制系统闭环传递函数，确定模糊控制规则，实现对多种因素引起的扰动自适应快速响应，确保风电机组桨距角得到恰当调整，维持系统稳定，实现对风能的最优捕获。
[0053]本专利技术将模糊控制应用在变桨距控制系统中，模糊控制具有鲁棒性和自适应能力强以及不需要建立精确的系统动态模型就能够实现很好的控制效果。
附图说明
[0054]图1为本专利技术的一种可抑制多扰动因素的风机模糊自适应变桨距控制方法原理图；
[0055]图2为本专利技术预设的模糊控制规则表。
具体实施方式
[0056]下面对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0057]风力机组在实际运行中不确定因素较多，包括风电机组在安装与制造时的初始参数误差、风力机组运行期间的环境变化(例如湍流风速、积雪、积霜等)，以及叶片变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可抑制多扰动因素的风机模糊自适应变桨距控制方法，其特征在于，包括：建立考虑多扰动因素的风力机组变桨距控制系统的闭环传递函数；基于所述闭环传递函数和模糊规则确定模糊自适应PID控制参数；采用模糊自适应PID控制对所述考虑多扰动因素的风力机组变桨距控制系统进行调节，输出风力机组桨距角。2.根据权利要求1所述的一种可抑制多扰动因素的风机模糊自适应变桨距控制方法，其特征在于，所述扰动因素包括风力机组运行期间叶片变化扰动，风力机组安装初始参数误差扰动和风力机组运行期间环境变化扰动；建立考虑多扰动因素的风力机组变桨距控制系统的闭环传递函数，包括：建立风力机组运行期间叶片变化扰动的传递函数：其中，为叶根拍打弯矩M对桨距角β的线性化系数，为叶片的空气动力阻尼系数，ω
z
为叶片拍打振动模态的自然角频率，V(s)为外界风速；建立风力机组安装初始参数误差扰动的传递函数：其中，k1，k2为扰动系数；建立风力机组运行期间环境变化扰动的传递函数：其中，k3，k4，k5为扰动系数；综合上述传递函数，得到风力机组变桨距控制系统的闭环传递函数：其中，D(s)＝D1(s)+D2(s)+D3(s)，K
P
、K
I
、K
D
为PID控制器的自适应参数，G
θ
为变桨控制器传递函数，G
c
为变桨执行器传递函数，T
β
为时间常数，G
p
为风力机的传递函数，J为转动惯量，ΔV(s)＝V(s)
‑
V0(s)，Δβ(s)＝β(s)
‑
β0(s)，V0为初始风速，β(s)为桨距角，β0是风力机工作点处的浆距角，μ、ξ和γ均为线性系数。3.根据权利要求2所述的一种可抑制多扰动因素的风机模糊自适应变桨距控制方法，其特征在于，基于所述闭环传递函数和模糊规则确定模糊自适应PID控制参数，包括：对所述闭环传递函数进行降阶处理，并基于降阶处理后的闭环传递函数计算风力机组变桨距控制系统的超调量和调节时间；
根据超调量和调节时间整定模糊自适应PID控制的参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵宜祥，刘剑，胡丽萍，过亮，方渊，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：