[发明专利]一种基于ELM的风电机组桨距角控制方法

说明书

本发明公开了一种基于ELM的风电机组桨距角控制方法。获取机组某段时间内的有效风速信息和对应时间段的与有效风速相关的机组输出数据，去除获取到的机组输出数据中的相关性并进行归一化操作，构造ELM的训练集，使用该训练集确定ELM参数，得到风速估计模型，该模型在线给出有效风速值，进而将机组动态分解为非线性部分和不确定部分，使用风速估计值对非线性部分设计非线性补偿器，根据BUDE原理得到最终的桨距角控制信号表达式。该方法设计过程简单，能够从理论上将桨距角信号限制在合理范围内，实施成本低，需要调试的参数少，相比于目前已有的基于PI的桨距角控制器，能够提高发电功率调节效果，减小发电功率的波动，改善机组发电质量。

技术领域

本发明涉及风力发电机组控制技术领域，特别涉及一种基于ELM的新型风电机组桨距角控制方法。

背景技术

大力发展可再生能源发电，已经成为世界各国应对环境污染问题和化石能源短缺危机的重要手段。作为技术最为成熟和应用前景最为光明的新能源发电方式，风力发电近年来在世界范围内得到了快速发展。控制系统是风力发电技术的核心环节，由于机组自身结构和运行环境的复杂性，风电控制仍然是一个具有挑战性的研究课题。

当风速大于额定风速而小于切出风速(高风速运行区域)时，为了保证机组的安全可靠运行，减小大风对机组的冲击，风电系统的主要控制目标是将发电功率维持在其额定值。在风电机组的高风速运行区域，一般的控制规则是设置发电机电磁转矩为额定值，而通过调节桨距角的大小来实现控制目标。根据发电机电磁转矩、风轮转速和发电功率之间的数学关系，当电磁转矩设置为定值时，当风轮转速维持在额定值时，发电功率随之维持在额定值。因此，风电系统高风速运行区域的恒功率控制目标转化为控制风轮转速维持在额定值。

为实现风电系统高风速运行区域的控制目标，目前工业上普遍采用变参数PID控制器。由于目前风电系统模型辨识技术并不成熟，而风电系统又具有很强的非线性，因此，变参数PID控制算法的参数表的确定过程耗时费力，往往需要在某些工作点对风电机组进行线性化，进而再根据极点配置方法确定PID控制算法的参数。线性化过程所丢失的模型的非线性信息，必然会影响其控制效果。因此，若在控制算法中通过引入风速信息而对模型的非线性部分进行补偿，将会提升恒功率控制效果。在风电工业中，通过激光雷达测风装置能够获得风轮的有效风速信息，然而，激光雷达测风装置十分昂贵，风电工业目前的利润难以支撑为风场的每台机组都配备如此昂贵的设备。

在另一方面，在风电机组的桨距角控制中，为了保证变桨系统的安全，往往要求桨距角信号维持在0度到90度之间。目前现有的桨距角控制方法，在其设计过程中，并没有考虑桨距角控制信号的限制范围，在理论上无法保证桨距角控制信号的在预设的范围内。近来，有关学者提出了BUDE(Bounded Uncertainty and Disturbance Estimator)的方法，该方法能够在理论上保证控制信号始终在预设的范围内，得到了控制领域研究人员的广泛关注。

本发明针对现有风电机组桨距角控制器存在的问题，使用基于ELM(极限学习机)的风速估计方法代替昂贵的雷达测风装置，进而得到系统的非线性部分补偿器，该补偿器与BUDE方法相结合得到最终的桨距角控制器，该犯法能够保证从理论上保证桨距角控制信号始终在0到90度之间，保证了桨距系统的安全，能够提高功率调节效果，提高风电并网质量。

发明内容

为了提高风电机组的恒功率和恒转速调节效果，同时从理论上保证桨距角控制信号始终在0到90度之间，解决现有桨距角控制算法由于未考虑模型非线性导致的控制效果差的问题，本发明提供一种实现成本低、控制参数调试简单的风电机组桨距角控制算法，该方法能够提高发电质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于ELM的新型风电机组桨距角控制方法，该方法包括以下步骤：