[发明专利]一种风力发电机组高风速区LQG优化控制方法

权利要求书

1.一种风力发电机组高风速区LQG优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)运用机理分析的方法建立风力发电机组的非线性数学模型，非线性数学模型包括空气动力系统模型、传动系统模型、变桨执行机构模型和风力发电机模型；

(2)采用泰勒级数展开的方法在典型工况点附近对风力发电机组的非线性数学模型进行线性化处理，并将模型参数分为常数参数估计值和不确定部分，从而得到风力发电机组的线性化状态空间模型；

(3)在状态反馈调节器之前添加一个积分控制器，构造增广系统的状态方程；

(4)设计具有积分作用的LQG控制器；

(5)采用粒子群算法对所设计的控制器的加权矩阵参数进行优化，得到最优性能指标。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组高风速区LQG优化控制方法，其特征在于，所述空气动力系统模型：空气动力系统的核心设备是风轮，当外部风速为v时，风轮捕捉的有用功率为其中，ρ为空气密度，R_b为风轮半径，v为风速，C_p为风能利用系数；

风能利用系数C_p是桨距角和叶尖速比的非线性函数，表示为：

其中，β为桨距角，λ为叶尖速比；

叶尖速比λ的定义为：其中，ω_r为风轮角速度；

风力所产生的气动转矩为

3.根据权利要求1所述的风力发电机组高风速区LQG优化控制方法，其特征在于，所述传动系统模型：传动系统由高速轴和低速轴通过齿轮箱相互连接而组成，采用双质量块模型；

低速轴的动力学方程表示为：其中，J_r为风轮转子的转动惯量，ω_r为风轮角速度；T_a为气动转矩，T_ls为低速轴转矩，K_d、B_d分别为刚性轴的扭转系数和阻尼系数，θ_r为低速轴的旋转角度，θ_g为高速轴的旋转角度，n_g为齿轮箱传动比，表示低、高速轴的扭转程度；

高速轴的动力学方程表示为：其中，J_g为发电机的转动惯量，ω_g为高速轴角速度，T_hs为高速轴转矩，T_g为发电机转矩。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组高风速区LQG优化控制方法，其特征在于，所述变桨执行机构模型：变桨执行机构采用一阶惯性环节模型其中，β为叶片桨距角，β_ref为叶片桨距角的给定值，τ为桨距角调节的等效时间常数。

5.根据权利要求1所述的风力发电机组高风速区LQG优化控制方法，其特征在于，所述风力发电机模型：采用双馈异步发电机的简化模型：其中，τ_g为转矩系数；T_g,ref为发电机转矩给定值；发电机输出功率为：P_e＝T_gω_g；ω_g为高速轴角速度，T_g为发电机转矩。