[发明专利]模糊前馈与线性自抗扰结合的风电机组变桨距控制方法

摘要

本发明针对风电机组固有的大惯性和难以精确建立数学模型的问题，而提供一种模糊前馈与线性自抗扰结合的风电机组变桨距控制方法。该方法构建变桨距风电机组的数学模型，得出风电机组的输出有功功率；在步骤1的基础上设计线性自抗扰控制器，通过调整自抗扰控制器的控制量，用于快速消除系统未建模部分摄动和外部扰动的效果；在步骤2的基础上设计模糊前馈控制器，模糊前馈控制器包括模糊前馈控制器规则表，通过模糊前馈控制器得到合适的前馈桨距角变化量βf；前馈桨距角变化量βf与线性自抗扰控制器的输出u相加而得到桨距角设定值βr。本发明降低了系统的调节时间，增加系统的稳定性和可靠性，并且较现有传统控制器具有明显的优势。

主权项

一种模糊前馈与线性自抗扰结合的风电机组变桨距控制方法，其特征是该方法包括以下步骤：步骤1：构建变桨距风电机组的数学模型，得出风电机组的输出有功功率P；所述变桨距风电机组的数学模型为： β = 1 τs + 1 β r T r = 1 2 C T ( β , λ ) ρπ R 3 v 2 ( J r + γ 2 J g ) dω r dt = T r - T D - γ T e 其中，β为桨距角实际值；βr为桨距角设定值；τ为时间常数；s为复变量；Tr为风轮机械转矩；CT(β，λ)为机械转矩系数，λ为叶尖速比；ρ为空气密度；R为风轮半径；v为风速；Jr为风轮转动惯量；Jg为发电机转动惯量；γ为齿轮箱传动比，即γ=ωg/ωr，ωg为发电机机械转速，ωr为风轮机械转速；TD为系统阻力矩，TD=c1+c2/ωr+c3ωr，c1，c2，c3为常数；Te为发电机电磁转矩；根据变桨距风电机组的数学模型，得出所述风电机组的输出有功功率P为： P = g m 1 U 1 2 r 2 ′ ω g ( ω g - ω 1 ) [ ( r 1 - C 1 r 2 ′ ω 1 ω g - ω 1 ) 2 + ( x 1 + C 1 x 2 ′ ) 2 ] 其中，g为发电机极对数；m1为相数；U1为电网额定电压；C1为修正系数；ω1为电网同步转速；r1，x1分别为定子绕组的电阻和漏抗；ωg为发电机机械转速；r′2，x′2分别为折算后转子绕组的电阻和漏抗；步骤2：在步骤1的基础上设计线性自抗扰控制器，通过调整自抗扰控制器的控制量，用于快速消除系统内部参数摄动和外部扰动的效果；所述自抗扰控制器输出控制量的计算公式为： z · 1 = z 2 + l 1 ( y - z 1 ) z · 2 = z 3 + l 2 ( y - z 1 ) + b 0 u z · 3 = l 3 ( y - z 1 ) u 0 = k 1 ( r - z 1 ) + k 2 ( r · - z 2 ) u = u 0 - z 3 b 0 其中：z1、z2、z3为观测器的观测值；u为自抗扰控制的输出控制量；u0为非线性控制器的输出量；b0是输入量的系数；r为风电机组额定功率；y为风电机组实际输出有功功率，即输出有功功率P；l1、l2、l3、k1、k2为待调节参数，用来调整自抗扰控制器的输出控制量u，从而用于消除系统内部参数摄动和外部扰动；步骤3：在步骤2的基础上设计模糊前馈控制器，模糊前馈控制器包括模糊前馈控制器规则表，通过模糊前馈控制器得到合适的前馈桨距角变化量βf；在步骤2的基础上设计模糊前馈控制器，模糊前馈控制器输入为检测到的风速，根据风速的大小，以及在相邻时刻风速的变化量依据模糊前馈控制器规则表得到合适的前馈桨距角变化量βf；步骤4：前馈桨距角变化量βf与线性自抗扰控制器的输出u相加而得到桨距角设定值βr，用于解决系统具有较大转动惯量和较严重非线性的问题。