[发明专利]一种风电机组的跟踪优化控制方法

摘要

本发明提供了一种风电机组的跟踪优化控制方法，通过计算风轮空气动力转矩的估计值和风轮转速或发电机转速的测量值，设计非线性自适应控制算法，并对控制器线性部分进行优化设计，理论论证优化控制器的可行性。

主权项

一种风电机组的跟踪优化控制方法，其特征在于，所述方法包括：A、设计风机系统模型具体为：Ta(t)是由风轮转动产生的动力力矩，它通过一根刚性轴带动转子转动，这部分是一个不可测的物理量，属于未知量，需要辨识；其中风轮的转速由ωr(t)表示，Jr为风轮转子的转动惯量，发电机的转动惯量为Jg；Br是转子侧外加阻尼，ng为风机变速箱比率，Bg为发电机的外加阻尼；Tem(t)是发电机转矩，对发电机转速产生制动作用，Tg(t)是系统的控制输入，主要是由发电机的转矩进行控制；通过发电机转矩控制Tg(t)使得风机风轮转速ωr(t)跟踪工程要求的理想转速ωr*(t)，这里ωr*(t)是根据需要给出的设定量，和分别表示风轮转速和理想转速的导数；B、获取风轮转速ωr(t)，根据给定的理想转速以及风电机组动力学参数特性，定义跟踪误差变量并给出风机动力力矩Ta(t)的估计值其中k,α,β均为正的控制增益，sgn(·)是标准符号函数，τ是积分时间变量；C、基于鲁棒自适应控制器的结构，经过设计得到利用辨识部分和Tlinear(t)之间的线性关系分别处理控制器Tg(t)；D、由于系统部分结构未知Ta(t)，为了完成系统跟踪效果，必须对Ta进行在线的辨识，然后设计控制器；这里利用鲁棒自适应的方法进行控制器设计，设计出来的控制器经过简单的线性变换得到了Tg(t)的表达式，它是由两部分构成：一部分为动力力矩Ta(t)的估计值，其参数不能随意改变；另外一部分则是理想转速与实际转子转速的函数，在不影响系统稳定性的前提下对其参数进行适当调整，对系统控制器进行优化，采取优化调整算法为：E、首先，我们设定二次型性能指标：其中tf表示优化控制终端时间，控制输入量u2(t)表示控制输入量的平方，定常参数R,Q＞0，选取R＝0.001,Q＝1，因为控制算法目的只是要求跟踪误差和消耗的能量极小，所以Q,R的取值不同会影响到Ta(t)的估计值的准确性，但是不会影响到实际的控制优化效果；F、利用极小值原理，构造系统哈密顿函数：利用哈密顿函数对于控制输入的偏导数等于0，得到最优控制器：其中λ(t)＝K(t)ωr(t)‑g(t)，而K(t),g(t)由下面的方程组给出：G、根据当前输入计算当前跟踪效果；H、把跟踪效果的好坏即跟踪误差值反馈给动力力矩的估计算法；I、同时利用对动力力矩的估计值修正当前的优化控制算法，作为下一时刻的控制输入信号；所述风轮转速来自于直驱风电机组，由速度传感器直接获得。