[发明专利]基于鲁棒控制的风电机组独立变桨控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种基于鲁棒控制的风电机组独立变桨控制方法。

背景技术

变桨距控制有统一变桨距和独立变桨距两种形式。统一变桨距系统通过执行机构对风力机的三个桨叶实行同步调节控制。随着风电机组装机容量、塔架高度及风轮半径的增大，其缺点也暴露出来。首先统一变桨距调节的前提条件是风轮扫平面内的风速是相同的，当然这在实际中是不可能的，当兆瓦级的发电机组运行在额定风速时，风轮扫平面的最高端与最低端风速的不同使得吸收功率相差20％，这使得统一变桨距没有优势。其次由于各个桨叶上承受的风速不同，使得桨叶在旋转过程中，桨叶所承受的载荷也不相同，而统一变桨距显然不能对上述问题进行很好的调节。独立变桨距控制技术是在统一变桨距控制的基础上发展起来的，且它的每个桨叶都有一套独立的变距伺服驱动系统。显然，独立变桨距控制能够解决上述缺点所引起的问题。

目前有两类独立变桨距控制策略。一种控制策略主要集中在如何进一步减小系统载荷包括风电系统旋转部分和非旋转部分的载荷；另一类控制策略是侧重智能控制理论在风电控制系统中的应用。

文献[1]，利用Coleman坐标变换实现了将桨叶上的载荷转换成轮毂处倾斜方向和偏航方向的疲劳载荷，并且实现了二者的解耦，简化了控制器的设计；之后利用Coleman逆变换实现了桨距角的微调。该控制系统根据随机风速的变化，利用独立变桨控制对风力机桨叶桨距角进行实时调节，以达到减小风电机组关键部件栽荷的目的，但是由于PI控制器主要是减小占主导地位低频成分的载荷，故对于高频的载荷的减小不明显，所以偏航力矩和倾斜力矩不为零。

文献[2]，将独立变桨控制过程解耦为协同变桨控制过程和偏差变桨控制过程，并分别进行协同变桨控制和偏差变桨控制的理论研究；偏差变桨控制系统是一个多输入多输出线性系统，通过Park坐标变换和逆变换技术，将偏差变桨控制系统解耦为两个单输入单输出线性系统，实现采用经典控制理论设计相关控制器，极大提高独立变桨控制技术的工程实用性。

文献[3]，提出了基于三维模糊自适应PID控制的独立变桨距控制技术，并且引入风速的模糊前馈控制技术，将风机输出功率稳定在额定功率附近。但是对于极端风况给风机造成的过载荷的问题缺乏研究，且模糊控制的方法依赖于知识规则，系统的自适应能力不高，易造成精度下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于鲁棒控制的风电机组独立变桨控制方法，提高自适应能力和控制精度。

为解决以上技术问题，本发明公开了一种基于鲁棒控制的风电机组独立变桨控制方法，包括：

将风机的反馈功率和额定功率通过PI控制器控制输出风机的统一桨距角；

根据实测桨叶的方位角计算得到桨叶方位角权系数；

根据所述桨叶方位角权系数对每个桨叶重新分配期望桨距角；

针对每个桨叶的期望桨距角设计鲁棒自适应独立变桨控制器，对风电机组进行独立变桨控制。

进一步的，所述根据实测桨叶的方位角计算得到桨叶方位角权系数，具体包括：

根据实测桨叶的方位角计算得到桨叶方位角权系数K_i，其中，

式中，R为风轮半径，H₀为轮毂中心距地面的高度，θ为第一个桨叶的实测方位角，θ+120°为第二个桨叶的方位角，θ+240°为第二个桨叶的方位角。

进一步的，所述根据所述桨叶方位角权系数对每个桨叶重新分配期望桨距角，具体包括：

根据所述桨叶方位角权系数K_i对每个桨叶重新分配期望桨距角，分配后的第i个桨叶的期望桨距角为

进一步的，针对每个桨叶的期望桨距角设计鲁棒自适应独立变桨控制器，具体包括：

建立三桨叶水平轴风力机桨叶系统动力学模型为