[发明专利]一种减小风机振动的自适应模糊多目标机电控制方法

说明书

本发明属于风力发电机技术领域，提供了一种减小风机振动的自适应模糊多目标机电控制方法，在机电控制以风轮转速和风速作为反馈量的基础上，增加地震动作用下的塔顶位移和速度作为反馈量，以桨距角变化量Δβ_b位输出量，根据实时位移反应自适应调整模糊控制的比例因子；将结构地震动振动响应的桨距角自适应模糊控制与发电功率稳定的机电控制桨距角相结合，通过增加机电控制系统的控制目标，实现地震动响应的控制。本发明可以在反馈控制中增加椭圆函数带通滤波器和chebyshev低通滤波器以改善塔架侧向阻尼，并与TMD等结构振动控制措施相结合，会进一步提高减震率。

技术领域

本发明属于风力发电机技术领域，涉及一种减小风机结构振动的自适应模糊多目标变桨矩机电控制方法。

背景技术

我国为地震动活跃区，无论是陆上风能资源丰富的西部地区还是海上风能资源丰富的东南沿海地区，都面临着地震动的威胁。避免风电结构在地震动下的破坏十分重要。风电结构的特征以及地震动的偶然性，使得通过振动控制措施降低风机结构在地震动下的振动具有更好的经济性和可行性。

目前降低风机结构振动通常采取的是布置阻尼器等措施，比如塔架中布置悬吊式TMD、磁流变阻尼器、质量球BVA等，这些附加的控制器在风机运行过程中，尤其是停机状态对于降低风机结构振动具有良好的效果。也有不少利用机电控制进行结构振动控制的措施，比如PID控制与模糊控制相结合的方法等。但是目前普遍是针对风机运行过程中的风荷载降低疲劳振动的措施，而且参数优化通常是以提高发电功率稳定性作为唯一目标函数，缺乏针对地震动荷载作用下的振动采用机电控制将降低结构振动进行参数优化的减震方法。

由于风机运行过程中的气动阻尼作用，风机结构在运行状态下遭受地震动作用的振动要远小于停机状态下的振动。因此，改变风机运行策略，在地震动发生时保持风机的机电控制，研究通过机电控制措施降低风机结构在地震动下的振动对于保证风机结构抗震安全十分必要。

发明内容

本发明提出一种减小风机结构在地震动作用下的振动响应的自适应模糊多目标机电控制方法，其主要创新性在于将模糊控制与变桨距机电控制相结合，通过改变机电控制系统的控制目标，通过桨距角调整气动作用参数。

本发明的技术方案：

一种减小风机振动的自适应模糊多目标机电控制方法，步骤如下：

(1)根据风场地震动危险性分析和风机结构特征，确定输入变量：位移、速度论域以及输出变量：桨距角增量Δβ_b模糊等级，采用三角形隶属度对输入变量进行模糊化，采用重心法进行反模糊化；建立Mamdani模糊控制规则：

if x₁∈Aⁱ and x₂∈B^j，then y∈C^ij (1)

其中，x₁、x₂分别为输入的位移和速度，y为输出桨距角增量，Aⁱ和B^j分别为位移和速度响应模糊集中第i、j个模糊元素，C^ij为根据模糊控制规则确定的输出模糊集元素；按照下表得到如图1所示的模糊控制曲面；

输入变量(位移和速度)从负向最大到正向最大分为五个模糊等级NL,NS,ZE,PS,PL(模糊等级Aⁱ和Bⁱ)，输出变量(桨距角增量)按照从小到大分为五个模糊等级VS,S,M,L,VL(模糊规则C)；

模糊集隶属函数采用下式：

其中，x和μ(x)分别为模量变量及对应的隶属度函数，m₀和σ₀分别为模糊集中心点和宽度；