一种基于永磁同步发电机的风力发电系统的动态事件触发容错控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于永磁同步发电机的风力发电系统的动态事件触发容错控制方法。该方法首先使用线性化技术，建立基于永磁同步发电机的风力发电系统的动力学模型，接着使用触发时刻的系统输出设计一种中间观测器方法来估计故障，并设计一种由系统输出和误差依赖触发参数构成的动态输出触发机制来降低通信传输频率，最后设计出使基于永磁同步发电机的风力发电系统一致有界稳定的容错控制器。该方法应用于基于永磁同步发电机的风力发电系统时，提高了故障估计的速度与准确度，保证了故障作用下系统的正常运行。用下系统的正常运行。用下系统的正常运行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于永磁同步发电机的风力发电系统的动态事件触发容错控制方法


[0001]本专利技术涉及一种用于基于永磁同步发电机的风力发电系统的容错控制方法，具体涉及一种基于中间观测器的基于永磁同步发电机的风力发电系统动态事件触发容错控制方法。

技术介绍

[0002]基于永磁同步发电机的风力发电系统由于使用场景的复杂性，通常难以发现被噪声和干扰掩盖的测量故障，这可能会导致系统性能下降。故障检测与容错控制作为故障诊断的重要组成部分，对提高系统的安全性和可靠性至关重要。容错控制的主要实现途径有两种，一是设计鲁棒控制器来让系统对于故障具有鲁棒性，二是估计故障并主动补偿故障。基于这个思想，研究人员对容错控制器的设计展开了大量的研究，并取得一系列成果。
[0003]此外，基于永磁同步发电机的风力发电系统通常会采用安装简单、扩展性强的网络控制。然而，由于有限的网络带宽，数据包在网络传输中不可避免地存在时延、丢包以及时序错乱等问题。如何在不牺牲理想的稳定性和性能的前提下，同时减少通信传输频率，事件触发控制就显得尤为重要。在事件触发控制环境下，只有当预设的条件被违背时，通信传输才会进行。
[0004]然而，上述的研究工作主要集中在针对特定类型故障的估计，这导致对于更一般的故障估计效果差。此外，上述的研究工作主要集中在针对基于永磁同步发电机的风力发电系统的容错控制，并未考虑网络带宽问题。因此，有必要采用中间观测器来估计故障并采用动态事件触发策略来节省带宽使用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出基于永磁同步发电机的风力发电系统的动态事件触发容错控制方法，可有效提高在带宽有限条件下基于永磁同步发电机的风力发电系统的故障估计与容错控制的性能。
[0006]本专利技术的具体技术方案如下：一种基于永磁同步发电机的风力发电系统的动态事件触发容错控制方法，包括以下步骤：
[0007]使用线性化技术，建立基于永磁同步发电机的风力发电系统的动力学模型如下所示：
[0008][0009][0010]式中，x(k)＝[ω
g
(t)，i
q
(t)，i
d
(t)]T
表示系统状态，u(t)表示系统输入，d(t)表示外部扰动，f(t)表示系统故障，y(t)表示系统输出，z(t)表示调节输出，ω
g
(t)表示转子速度，i
q
(t)表示q轴定子电流，i
d
(t)表示d轴定子电流，P
n
表示极数，R
s
表示定子电阻，L
q
表示q轴定子电感，L
d
表示d轴定子电感，Q
f
表示永磁体的磁通量，D1表示转子转速的最大值；
[0011]设计一种中间观测器方法以重构系统状态和估计故障，具体步骤如下：
[0012]中间变量η(t)设计如下：
[0013][0014]中间观测器设计如下：
[0015][0016]式中，和分别表示系统状态和中间变量的估计值，表示累计估计误差，表示故障的估计值，L和L
f
是待设计的观测器增益；
[0017]进一步，设计一种由系统输出和误差依赖触发参数构成的动态输出触发机制，具体步骤如下：
[0018][0019]式中，e
y
(t)＝y(t
k
)
‑
y(t)表示测量误差，t
k
表示上次触发时刻，t
k+1
表示下一触发时刻，Ω表示权重矩阵，σ(t)表示触发参数并由下式更新：
[0020][0021]式中，和σ分别表示触发参数的上下界，μ表示权重参数，α1和α2表示敏感度参数；
[0022]进一步，建立了一种针对本专利技术所涉及的基于永磁同步发电机的风力发电系统的容错控制方案，具体步骤如下：
[0023][0024]式中，K为反馈增益矩阵；该算法可以保证系统一致有界稳定，证明过程如下：
[0025]C001：选取以下形式的复合能量函数：
[0026][0027]C002：式中表示系统的状态观测误差，表示中间变量的估计误差，P0，P1，P2，P3表示李雅普诺夫变量矩阵，Y1是给定的协调矩阵；
[0028]C003：计算V(t)的导数并考虑H
∞
性能，其中：
[0029][0029]C004：式中，γ表示H
∞
性能水平指标；
[0030]C005：进一步，考虑根据C003可得下式：
[0031][0032]C006：式中，∈为任意正常数
[0033]C007：进一步，选择由B003和B006得到当Ξ＜0时时均有：
[0034][0035]C008：式中，Ξ是一个7行7列的矩阵，Ξ中的每一个元素分别为：C008：式中，Ξ是一个7行7列的矩阵，Ξ中的每一个元素分别为：C008：式中，Ξ是一个7行7列的矩阵，Ξ中的每一个元素分别为：C008：式中，Ξ是一个7行7列的矩阵，Ξ中的每一个元素分别为：C008：式中，Ξ是一个7行7列的矩阵，Ξ中的每一个元素分别为：未提及位置的元素为维度合适的全零矩阵；
[0036]C009：进一步，考虑事件触发条件可得下式：
[0037][0038]C010：式中，是一个7行7列的矩阵，中的每一个元素分别为：其余未提及位置的元素与Ξ中相同；
[0039]C011：根据C010，基于永磁同步发电机的风力发电系统在本专利技术所设计容错控制器下是一致有界稳定的。
附图说明
[0040]图1为本专利技术实施例的方法流程图；
[0041]图2为实施例采用本专利技术所提方法在无控制情况下的系统状态x(t)的响应图；
[0042]图3为实施例采用本专利技术所提方法在有控制情况下的系统状态x(t)的响应图；
[0043]图4为实施例采用本专利技术所提方法下的故障估计的响应图；
[0044]图5为实施例采用本专利技术所提方法下的故障估计误差e
f
(t)的响应图；
[0045]图6为实施例采用本专利技术所提方法下的事件触发阈值变量σ(t)的响应图；
具体实施方式
[0046]下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0047]如图1所示，一种基于永磁同步发电机的风力发电系统的动态事件触发容错控制方法，包含如下步骤：
[0048]步骤一、设置各项参数初值；
[0049]步骤二、更新阈值参数σ(t)；
[0050]步骤三、使用阈值参数σ(t)与系统输出y(t)验证事件触发条件，更新触发输出y(k
s
)；
[0051]步骤四、利用触发输出y(k
s
)，更新系统状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于永磁同步发电机的风力发电系统的动态事件触发容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：使用线性化技术，建立基于永磁同步发电机的风力发电系统的动力学模型；使用触发时刻的系统输出设计一种中间观测器方法，进而通过重构的状态估计系统故障；设计一种由系统输出和误差依赖触发参数构成的动态输出触发机制来降低通信传输频率；利用基于重构状态和故障估计的容错控制器来控制基于永磁同步发电机的风力发电系统。2.根据权利要求1所述的基于永磁同步发电机的风力发电系统的动态事件触发容错控制方法，其特征在于，所述基于永磁同步发电机的风力发电系统的动力学模型如下所示：制方法，其特征在于，所述基于永磁同步发电机的风力发电系统的动力学模型如下所示：制方法，其特征在于，所述基于永磁同步发电机的风力发电系统的动力学模型如下所示：式中，x(k)＝[ω
g
(t)，i
q
(t)，i
d
(t)]
T
表示系统状态，u(t)表示系统输入，d(t)表示外部扰动，f(t)表示系统故障，y(t)表示系统输出，z(t)表示调节输出，ω
g
(t)表示转子速度，i
q
(t)表示q轴定子电流，i
d
(t)表示d轴定子电流，P
n
表示极数，R
s
表示定子电阻，L
q
表示q轴定子电感，L
d
表示d轴定子电感，Q
f
表示永磁体的磁通量，D1表示转子转速的最大值，表示发电机扭矩。3.根据权利要求2所述的基于永磁同步发电机的风力发电系统的动态事件触发容错控制方法，其特征在于，设计一种中间观测器方法以重构系统状态和估计故障，具体步骤如下：中间变量η(t)设计如下：中间观测器设计如下：
式中，和分别表示系统状态和中间变量的估计值，表示累计估计误差，表示故障的估计值，L和L
f
是待设计的观测器增益。4.根据权利要求3所述的基于永磁同步发电机的风力发电系统的动态事件...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈谋全，顾阳，刘丹，秦雯，史建涛，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：