[发明专利]一种风力发电变桨鲁棒容错控制方法

说明书

本发明针对风力发电系统变桨距控制问题，发明了一种风力发电变桨鲁棒容错控制方法。本发明提出的风力发电变桨鲁棒容错控制方法分为二个部分，第一个部分是主控制器的设计；第二个部分为基于状态观测器‑补偿器的设计。在无故障或无扰动时，主控制器进行系统控制，在存在故障或扰动时，通过状态观测器的估计值，补偿器给与一定的控制补偿。本发明的一种风力发电变桨鲁棒容错控制方法不仅具有动态性能好，鲁棒性高等优点，由于状态观测器和补偿器的存在提高了控制器的鲁棒性，提高了控制器反应速度。

技术领域

本发明涉及的是一种风力发电技术领域的控制方法，具体地说，涉及一种鲁棒容错控制的变桨距控制方法。

背景技术

风电机组变桨距系统通过桨距控制器，完成叶片节距角的控制，在切入风速以上到额定风速以下范围内时，保持风力机桨距角不变，通过改变电机转速使风力机运行在最佳叶尖速比下来实现最大风能跟踪控制；在额定风速以上到切出风速时，使转速维持在额定转速附近，通过调节桨距角使发电机组输出保持功率恒定，当风速大于切出风速时，进行停机保护。

由于风速的随机性、风电机组参数的时变性，驱动大质量叶轮负载的惯性环节，使得变桨距控制系统具有参数非线性、参数时变性、滞后性等特点，造成风电机组输出功率的不稳定。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种新的鲁棒容错控制器的变桨距控制方法，利用主控制器PID与状态观测器、补偿器相结合的原理来实现控制，用于改善传统变桨距控制滞后的缺点。

技术方案：为了克服上述问题，将主控制器PID与状态观测器、补偿器相结合，来弥补传统方法的不足，使得系统响应快、控制精度高，具有良好的动态品质，保证风电机组正常、高效和可靠地运行。

本发明提出的一种新的风力发电变桨鲁棒容错控制方法，其特征在于在无故障或无扰动时，主控制器进行系统控制，在存在故障或扰动时，通过状态观测器的估计值，补偿器给与一定的控制补偿。控制系统设计分为主控制器的设计和基于状态观测器-补偿器的设计，设计如下：

主控制器PID的设计：

无故障时，主控制器进行系统控制，根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成偏差：e(t)＝r(t)-y(t)。将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对受控对象进行控制。其控制规律为：

其中u_PID(t)是调节器的输出信号；K_P比例系数；T_I积分时间；T_D微分时间，u⁰控制常量；

状态观测器-补偿器的设计

风力发电风能转换系统非线性模型为：

其中

B_V(ξ)＝[0 k_r,v(ξ)0^T

C＝[0 1 0],为参考向量，动态状态向量x＝[θ_r w_r ρ]^T,θ_r为转子扭转角，β为桨距角，w_r为转子转速，ρ为空气密度，输入控制变量u＝[β_r]，β_r为变桨控制器决定的变桨距角，J包含风机的全部转动惯量，K_t为传动链的刚度和，B_r为传动链的阻尼，τ为时间常量，T_a为电机风轮驱动转矩，为参考桨距角，v为风速，为参考风速，为参考转子转速，w(t)为未知扰动，y为转子转速的输出。

这个系统可以扩展为：