[发明专利]基于线性自抗扰控制的变桨控制器设计方法

说明书

本发明公开了一种基于线性自抗扰控制的变桨控制器设计方法，当风机参与电力系统的自动发电控制时，除风速外，电网的功率指令也会影响风机的运行稳定性，针对传统变桨策略无法应对这两种运行工况的复杂变化而可能出现转速振荡的问题，该方法基于线性自抗扰控制设计出一种适用于多运行工况的变桨控制器，充分考虑了不同运行工况对桨距角调节气动功率灵敏度的影响，能够根据运行工况的变化快速调整桨距角的调节速率。与传统方法相比，本发明在不同的运行工况下均具备较优的转速调节性能，有效提高了风电机组的运行稳定性。

技术领域

本发明属于风机变桨控制领域，具体涉及一种基于线性自抗扰控制的变桨控制器设计方法。

背景技术

由于风速的随机性，大规模风电接入将导致电力系统频率的波动更大，因此，发展风电参与电力系统自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)对于提升电力系统频率调节的质量具有重要意义。

对于传统的最大功率点跟踪(MPPT)运行模式，其以实现单机效益最大化为目标，通过电磁功率的调节来控制风轮转速，实现对最大功率点的跟踪，且仅当输出功率达到额定功率时桨距角才会动作。然而，在AGC模式下，风机的电磁功率需响应电网的功率指令，无法再参与风机的转速调节，相应地，变桨控制将承担起维持风机机电动态稳定的任务；此外，在AGC模式下，当实际功率低于额定功率时也可能变桨，变桨动作将更为频繁。因此，风机运行模式的切换提高了对变桨控制性能的要求。

目前，针对AGC模式下变桨控制的研究较少，仍延用传统MPPT模式下的变桨控制。通常应用PI变桨控制器，PI控制器是一个单输入、单输出的线性控制器，得益于其简单实用的特点，在工程中得到广泛应用。PI增益系数通常是根据经验调节得到，也有研究将风机系统线性化，利用极点配置的方法进行增益系数的选取。

随着研究的进展，研究人员发现单一的PI控制器并不能在所有的风况下都取得较优的转速调节效果。因此，有研究针对不同的风况设计了不同的PI控制器，然后根据风速实现PI控制器的在线切换；也有研究利用智能算法，如神经网络等，离线搜索得到各风况下的最优增益系数，然后在线更新；随着现代控制理论的发展，相关研究基于线性变参数系统，提出了一种考虑风速随机性的变桨控制方法，以提高风机系统的鲁棒性。

然而，在AGC模式下，除风速外，功率指令同样会对变桨控制器的性能造成影响。不同功率指令下，风机的稳态工作点不同，桨距角调节气动功率的灵敏度也不同。因此，AGC模式下，为保持系统转速稳定，变桨控制器需要同时根据风况和功率指令这两种运行工况的变化调节变桨速率，现有变桨控制器的性能仍有待提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于线性自抗扰控制的变桨控制器设计方法，通过应用线性自抗扰控制理论设计变桨控制器，使其对不同的风速和功率指令都具备较好的适用性，保证了风机在不同运行工况下都具备较优的转速调节性能，有效提高了风机的运行稳定性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于线性自抗扰控制的变桨控制器设计方法，包括以下步骤：

步骤1、获取风机参数，包括额定转速、风机转动惯量；

步骤2、基于平衡点，建立风机线性化模型；

步骤3、基于线性风机模型设计线性状态观测器；

步骤4、基于线性风机模型设计PD控制器；

步骤5、遍历得到灵敏度随风速和功率指令的变化关系，合成线性自抗扰变桨控制器。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明提出了一种基于线性自抗扰控制的变桨控制器设计方法，解决了传统变桨控制在多运行工况下适用性较差的问题；2)本发明公开了基于线性自抗扰控制的变桨控制器的设计步骤，充分考虑了运行工况对桨距角调节气动功率灵敏度的影响，使得变桨控制器能够根据运行工况的变化快速的调整桨距角的调节速率，保证了风机在多运行工况下具备较优的转速调节性能。