[发明专利]基于H∞混合灵敏度的风机变桨执行机构鲁棒控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电中变桨执行机构的控制方法领域，具体涉及一种基于H_∞混合灵敏度的风机变桨执行机构的鲁棒控制方法，为风力发电系统中的变桨执行机构设计控制器，使风力发电系统的变桨恒功率控制策略得到应用，适用对象是具有变桨功能的风力发电领域。

背景技术

人们越来越关注化石燃料的枯竭问题以及使用这些化石燃料带来的环境问题，充分利用可再生的、清洁的风能成为解决这些问题的有效办法。然而，风速的波动将会引起输出功率的波动，给电网带来不利影响。为了平抑这种功率波动，研究出了很多控制方法，定桨失速、变桨恒功率、储能平滑等，其中，应用较为广泛的是永磁同步风力发电变桨恒功率控制。变桨恒功率控制是在额定风速之上切出风速以下时，改变风机叶片的桨距角，使得风机输出功率保持恒定。

为了达到变桨恒功率的目的，就要求变桨执行机构能够快速地跟踪桨距角命令。变桨执行机构的常规控制策略为PI控制，然而PI控制快速性、鲁棒性、抑制干扰方面控制效果不理想，故提出了更先进的鲁棒H_∞控制。在设计H_∞控制器过程中，加权函数的构造至关重要。樊树军在“H∞混合灵敏度设计问题仿真研究”(哈尔滨工业大学硕士生学位论文，2010)中给出了加权阵的约束条件。然而，这些约束条件对如何快速地构造出不同控制对象的加权函数并不实用，这种方法对经验依赖程度很大，需要不断反复、多次试凑，需要很长的构造时间。

因此，本发明提出了一种快速构造加权函数的方法，不仅能快速地构造需要的加权函数，且能有效地降低控制器的阶次。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种基于H_∞混合灵敏度的风机变桨执行机构的鲁棒控制方法，该方法针对变桨恒功率的风力系统，使变桨执行机构能快速跟踪桨距角命令，减小跟踪误差，使变桨执行机构具备良好的动态性能、鲁棒性能，抗干扰能力强。

为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于H_∞混合灵敏度的风机变桨执行机构的鲁棒控制方法，包括如下步骤：

(A)构建变桨执行机构(变桨执行机构即为被控对象)的开环传递函数G_P(s)：

其中，β为变桨执行机构输出的桨距角值，β_CMD为变桨执行机构输入的桨距角命令，τ为时间常量，s为拉普拉斯算子；

(B)建立灵敏度函数S和补灵敏度函数T，构造满足约束条件的加权函数W₁、W₂、W₃；

(C)建立桨距角执行机构广义被控对象的闭环系统传递函数T_zw(s)，进而求取H_∞控制器C_hinf的传递函数K(s)；

优选地，所述步骤(B)中，通过如下公式建立灵敏度函数S和补灵敏度函数T：

其中，G_p(s)为被控对象的传递函数，K(s)为待求取的H_∞控制器的传递函数；

构造加权函数W₁、W₂、W₃，如下式所示：

W₂＝K₂

其中，K₁为被控对象期望的低频增益，K₂为W₃的放大系数，K₃为W₃的放大系数，A为W₃的剪切频率与W₁的剪切频率的位置关系参数，ω_c为被控对象期望的剪切频率，s为拉普拉斯算子。

优选地，所述步骤(B)中，所述加权函数的参数K₁、K₂、K₃、A和ω_c须同时满足下述约束条件：

①K₁≥20

②

③

④|K₃|＜1

⑤A≥3

其中，u_max为控制量u的上限值，ω_d为变桨执行机构中干扰信号的频率上限。