[发明专利]一种基于T-S模糊模型的风电机组H-infinity变桨距控制方法

说明书

本发明公开了一种基于T‑S模糊模型的风电机组H‑infinity变桨距控制方法，该方法包括步骤：确定风速四分量模型、确定风电机组模型、设计T‑S模糊控制器、求取T‑S模糊控制器、确定H‑infinity控制方法、设计基于T‑S模糊模型的H‑infinity控制器。本发明采用将T‑S模糊模型理论与H‑infinity理论相结合的控制策略，用于设计风力发电机组的变桨距控制器。所提出的控制器的主要目标是在额定风速以上时，实现风力机的转速和机组输出功率的恒定。在MATLAB中对该系统进行建模，并且在阶跃风和综合风下进行仿真，将仿真结果与Optimal Controller的性能进行对比。仿真结果表明，本发明所提出的控制器响应速度更快、超调量更小，各方面都有更好的动态性能。

技术领域

本发明属于风电机组控制技术领域，具体而言，涉及一种采用T-S模糊模型理论与H-infinity理论技术的变桨距控制方法。

背景技术

风能资源丰富、可再生、清洁，风能发电被认为是最有前途的新能源发电。近年来，风力发电机组正由定桨距向变桨距发展。当风速超过额定风速时，变桨距控制系统开始工作，改变桨叶节距角，限制风能利用率即限制风电机组捕获的风能，从而将风机转速和其输出功率限制在额定值。当前的风力发电机组绝大多数都具有变桨控制系统，变桨控制系统的任务是将发电机转速实际值维持在发电机转速目标值附近。

中国发明专利CN 105402087 A公开了风电机组变桨距切换控制方法，将风速测量信号数据自动收集，自动判断风电机组是否处于额定风速附近的阵风风况，进一步根据风速变化率的变化自适应调整变桨控制系统的PI控制器参数和变桨指令限速模块中的限速值。无需提前变桨，不会造成风电机组在额定风速以下发电功率损失。

CN 113217275 A公开了一种基于策略迭代的风电机组变桨距控制方法，能够使变桨距控制器充分学习风速变化与桨距角之间的内在关系，给出合理的桨距角控制信号。从而，能够有效平抑风速变化引起的输出功率波动，提升风电机组的输出功率，减小由变桨距执行机构多余动作引起的额外的疲劳载荷。

目前的风力发电机组变桨距控制方法，面对非线性、时峦、耦合及控制参数和结构不确定的复杂过程时，不能很好地发挥其作用，影响风机发电量。同时无法在外部环境的强干扰下获得较高的稳定性，因此无法获得较为理想的效果，而加强系统的抗干扰能力会使得提升算法难度以及提高数学建模的需求。

发明内容

针对现有技术所存在的上述不足，为解决现实生活中风力场的难以控制，以及风力环境多变难以预测的情况，本发明的目的在于提供一种将T-S模糊理论与H-infinity理论相结合的变桨距控制方法。该种方法与精确反馈线性化相比，算法更为简单，对系统的数学模型要求很低。如果线形化点数足够多并且隶属度函数选取适当，则系统可以无限逼近原非线性系统，有效提高了建模的精度。而H-infinity控制器有很好的鲁棒控制性能，对变风电系统非常适用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种基于T-S模糊模型的风电机组H-INFINITY变桨距控制方法，该方法包括如下步骤：

第一步，确定风速四分量模型，

获得风电场的风速波动数据，从而掌握风电机组的动态特性，

基本风可以由风电场测风所得的威布尔(Weibull)分布参数近似确定：

其中：为基本风速(m/s)；A为威布尔分布的尺度参数；K为威布尔分布的形状参数；为伽玛函数；

阵风V_WG，描述风速突然变化的特性，阵风表示：