[发明专利]一种风电机组的跟踪优化控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电运行控制技术领域，特别是涉及一种风电机组的跟踪优化控制方法。

背景技术

风电以其适用范围广、回报率高的优点，近年来得到各国高度重视并成为极具潜力的新能源技术，并呈现出大型化、直驱化、海上应用的发展趋势，以及高稳定性、高回报率的风能利用目标。中国风电在过去几年以超过100％的年增速发展，总体掌握了大型机组研制技术且正在推进海上风场建设。因此面对急剧膨胀的发展规模，如何保证在现有投入成本的基础上最大化获得风电产出，是提高现有风电机组利用效率、降低相对成本、实现风电可持续快速发展的重要研究课题。

传统的风机控制方法就是PID控制，这种方法广泛应用于工业领域，具有结构简单、稳定性好、可靠性高的特点，在单一风速的简单风况下采用PID控制可以得到较好的控制效果，但这种控制器过分依赖于控制对象的模型参数，鲁棒性差，对于受风速影响，呈现强烈的非线性特性风机模型系统难以达到控制要求。在现代控制策略中，鲁棒自适应控制是应用范围最广且实用性比较高的控制方法，但其也存在自身的缺点，即为了追求系统的高稳定性，会损失掉控制精度及能量消耗方面的优势，需要与其他的控制方法结合使用。

因此，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新的提出有一种有效方法克服现有技术在能源消耗上存在的缺陷，并在这基础上实现功率跟踪的精确控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种风电机组的跟踪优化控制方法，用以实现简单、实用、高效的风电系统跟踪优化控制。

为了实现上述目的，本申请提供了如下技术方案：

一种风电机组的跟踪优化控制方法，优化传统控制器，所述方法包括：

A、设计风机系统模型具体为：

T_a(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，也就是未知量，需要辨识；其中风轮的转速由ω_r(t)表示，J_r为风轮转子的转动惯量，发电机的转动惯量为J_g；B_r是转子侧外加阻尼，n_g为风机变速箱比率，B_g为发电机的外加阻尼；T_em(t)是发电机转矩，对发电机转速产生制动作用，T_g(t)是系统的控制输入，主要是由发电机的转矩进行控制；我们主要是通过发电机转矩控制T_g(t)使得风机风轮转速ω_r(t)跟踪工程要求的理想转速这里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(风轮加速度和理想转速加速度)；

B、获取风轮转速ω_r(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T_a(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

传统的控制方法就是把T_g(t)把看作一个控制器整体去设计，这里利用辨识部分和T_linear(t)之间的线性关系分别处理；

D、由于系统部分结构未知(T_a(t))，为了完成系统跟踪效果，必须对T_a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T_g(t)的表达式，它是由两部分构成：一部分为动力力矩T_a(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，但是根据实际的仿真结果发现，控制器增益非常大，这在工程上是不允许的，因此，必须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t_f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T_a(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；