一种基于预设时间控制的半潜式海上风电机组控制方法技术

本发明专利技术基于预设时间控制的半潜式海上风电机组控制方法，其包括步骤：1)建立半潜式海上风电机组的统一变桨控制系统模型；2)建立半潜式海上风电机组的独立变桨模型；3)引入预设时间边界函数ρ(t)以调节预设时间T和追踪精度ε；4)对追踪误差求导得到误差动态模型；5)设计预设时间控制器为6)用设计的控制器u去控制叶片桨距角。本发明专利技术基于预设时间控制的半潜式海上风电机组控制方法，其解决了系统在强非线性、外部扰动以及强耦合的情况下快速有效实现功率调节和降低载荷的技术问题，而且大大减少了控制器的调节工作量。且大大减少了控制器的调节工作量。且大大减少了控制器的调节工作量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于预设时间控制的半潜式海上风电机组控制方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，特别涉及半潜式海上风机的控制方法。

技术介绍

[0002]相比陆上风机或者固定式海上风机，漂浮式海上风机出现时间较晚，其技术仍然处于摸索发展阶段，发电成本依然很高。影响漂浮式海上风机输出功率稳定性的一个重要原因是传统控制器不能很好地适应平台运动，控制器频率与平台固有频率接近引起共振，会导致功率不能平稳输出，机组机械损耗增加。
[0003]此外，浮式海上风机是一类高度非线性不确定系统，其模型不确定性和扰动来自本身柔性结构、风和波浪，传统基于线性化模型设计的控制器，如LQR、MPC，为了在整个工作域内保持高性能，需要不断更换工作点，导致控制器需要进行大量的调整，大大增加了工作量。传统的滑膜控制器被认为是一种鲁棒性强的控制器，但是它的输入信号不连续，如果将它用于风机的桨距控制，极易造成整个变桨系统不稳定。因此，需要新的非线性系统控制方法来减少外界扰动对输出功率稳定性的影响，提高功率调节性能，同时降低结构载荷。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于预设时间控制的半潜式海上风电机组控制方法，以解决风浪等外界扰动影响风电机组输出功率稳定性的技术问题，以及解决降低风电机组结构载荷的技术问题。
[0005]本专利技术基于预设时间控制的半潜式海上风电机组控制方法包括以下步骤：
[0006]1)建立半潜式海上风电机组的统一变桨控制系统模型如下：
[0007][0008]式中f
c
(x
c
)为未知有界非线性函数，g
c
为未知增益函数，x
c
＝[q1,ω]T
，q1为半潜式海上风电机组的平台纵摇角，q1和ω为统一变桨控制系统的状态量；u
c
为统一变桨控制系统的输入，u
c
＝β
col
，β
col
为统一桨距角；ω为风电机组的转子转速；
[0009]2)选取风电机组的三个叶片的弯曲角度δ作为状态量，即x
I
＝[δ1,δ2,δ3]T
；选取三个独立的叶片桨距角为控制器输入量，即选取输出为相应的叶根载荷，即y
I
＝[M
y1
,M
y2
,M
y3
]T
；对风电机组的状态量做科尔曼变换：
[0010]x
Ic
＝Tx
I
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0011]式中，x
Ic
＝[q
tilt
,q
yaw
]，q
tilt
叶片弯曲方向的倾斜分量，q
yaw
是叶片弯曲方向的偏航分量，T为科尔曼变换矩阵：
[0012][0013]其中，ψ为叶片方位角；
[0014]建立半潜式海上风电机组的独立变桨模型如下：
[0015][0016]其中，f
Ic
(x
Ic
)是未知有界非线性函数，g
Ic
(x
Ic
)是未知增益函数，u
Ic
＝[β
yaw
,β
tilt
]T
为控制输入，β
tilt
为桨距角的偏航分量,β
yaw
为桨距角的俯仰分量；y
Io
是系统的输出，M
tilt
为半潜式海上风电机组的俯仰力矩,M
yaw
为半潜式海上风电机组的偏航力矩，h
Ic
(x
Ic
)是关于倾斜分量和偏航分量的未知非线性函数，l
Ic
(x
Ic
)是未知增益函数。实际的三个叶片桨距角通过科尔曼逆变换得到：
[0017][0018]3)引入如下预设时间边界函数ρ(t)以调节预设时间T和追踪精度ε：
[0019][0020]4)给出统一变桨转子转速的期望信号ω
d1
如下：
[0021]ω
d1
＝ω
r
‑
σq1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0022]式中，σ为正常数，ω
r
为额定转速，q1为平台纵摇角；
[0023]追踪误差向量为：
[0024][0025]式中y
d
为变桨系统的期望输出向量，y
d
＝[ω
r
‑
σq
1 0 0]T
；y为实际输出向量，y＝[y
c
,y
Io
]T
＝[ωM
tilt M
yaw
]T
；e1、e2和e3分别为误差信号，故
[0026]对追踪误差求导得到误差动态模型：
[0027][0028]其中：
[0029][0030]5)对误差信号e进行如下误差转换：
[0031][0032]其中[ρ1,ρ2,ρ3]T
满足式子(6)，且它们之间仅常数参数取值不同；
[0033]控制输入定义为：
[0034]u＝[β
col
,β
yaw
,β
tilt
]T
＝[u1,u2,u3]T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0035]设计预设时间控制器为：
[0036][0037]式中控制增益k
i
为正常数，并有
[0038][0039]6)用设计的控制器u去控制叶片桨距角。
[0040]本专利技术的有益效果：
[0041]1、本专利技术基于预设时间控制的半潜式海上风电机组控制方法，其解决了系统在强非线性、外部扰动以及强耦合的情况下快速有效实现功率调节和降低载荷的技术问题。
[0042]2、本专利技术基于预设时间控制的半潜式海上风电机组控制方法，其不需要在工作点对系统线性化，不仅增加了系统的鲁棒性，而且大大减少了控制器的调节工作量。
附图说明
[0043]图1为叶片变桨控制策略框架图。
[0044]图2为设置的环境条件，其中图(a)为风速，图(b)为波高。
[0045]图3为功率、转子转速仿真结果对比。
[0046]图4为叶片桨距角指令对比。
[0047]图5为平台纵荡和纵摇运动对比。
[0048]图6为部分结构载荷对比。
具体实施方式
[0049]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。
[0050]本实施例基于预设时间控制的半潜式海上风电机组控制方法包括以下步骤：
[0051]1)建立半潜式海上风电机组的统一变桨控制系统模型如下：
[0052][0053]式中f
c...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于预设时间控制的半潜式海上风电机组控制方法，其特征在于：包括以下步骤：1)建立半潜式海上风电机组的统一变桨控制系统模型如下：y
c
＝ω式中f
c
(x
c
)为未知有界非线性函数，g
c
为未知增益函数，x
c
＝[q1,ω]
T
，q1为半潜式海上风电机组的平台纵摇角，q1和ω为统一变桨控制系统的状态量；u
c
为统一变桨控制系统的输入，u
c
＝β
col
，β
col
为统一桨距角；ω为风电机组的转子转速；2)选取风电机组的三个叶片的弯曲角度δ作为状态量，即x
I
＝[δ1,δ2,δ3]
T
；选取三个独立的叶片桨距角为控制器输入量，即选取输出为相应的叶根载荷，即y
I
＝[M
y1
,M
y2
,M
y3
]
T
；对风电机组的状态量做科尔曼变换：x
Ic
＝Tx
I
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，x
Ic
＝[q
tilt
,q
yaw
]，q
tilt
叶片弯曲方向的倾斜分量，q
yaw
是叶片弯曲方向的偏航分量，T为科尔曼变换矩阵：其中，ψ为叶片方位角；建立半潜式海上风电机组的独立变桨模型如下：其中，f
Ic
(x
Ic
)是未知有界非线性函数，g
Ic
(x
Ic
)是未知增益函数，u
Ic
＝[β
yaw
,β
tilt
]
T
为控制输入，β
tilt
为桨距角的偏航分量,β

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，金方俊，陈家伟，张志弘，高杨，徐志良，杜新，杨炯明，
申请(专利权)人：新疆金风科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：