[发明专利]获取变速风力发电机组最大风能的非线性预测控制方法

权利要求书

1.一种获取大型变速风力发电机组最大风能的非线性预测控制方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、引入动态区域来约束发电机转矩的允许范围；

S2、确定候选发电机转矩的有限控制集；

S3、搜索最优发电机转矩序列；

S4、将所述最优发电机转矩序列的第一个元素作为控制器输出；

在所述搜索最优发电机转矩序列之前还包括：

将长周期T分为n段短周期Δt，变速风力发电机组在特定时间T内获取的风能E为

其中，k＝ρπR²/2，ρ是空气密度，R是叶轮半径，C_p1(λ)，c_p2(λ)，...，C_pn(λ)为气动系数，λ为叶尖速比，V₁,V₂,...,V_n表示预测风速平均值；

所述风力发电机组获取最大风能的同时要避免超速，即需要满足：

其中，E^max为当气动系数最大时获取的最大风能，w是权重系数，

则，所述风力发电机组获取最大风能时对应的最优叶轮转速需要满足：

其中，w₁,w₂,...,w_n和ω_r1,ω_r2,...,ω_rn分别是短周期内的权重系数和叶轮平均转速，为最大气动系数；

对所述风力发电机组获取最大风能时对应的最优叶轮转速需要满足的公式进行求解即是寻找最优叶轮转速ω_rk(k＝1,2,...,n)，预测的叶轮转速ω_rk表示为：

其中，λ_k＝ω_rkR/V_k，N是齿轮箱变比，T_gk是第k个周期所需的发电机转矩，Δt表示短周期，J_R表示转子-发电机组合惯性。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

所述动态区域为：

其中，和对应所述候选发电机转矩的最小值和最大值，分别根据下面两个公式动态地进行调节：

其中，k^opt是最优转矩增益，是发电机额定转矩，ρ是空气密度，N是齿轮箱变比，R是叶轮半径，是最大气动系数，λ是叶尖速比，ω_r0表示当前控制周期内的测量测速，k＝1,2...,n表示预测时域内的第k个周期；

分别表示预测时域内的叶轮转速最小值和最大值；

其中V₁,V₂,...,V_n表示预测风速平均值，c₁和c₂分别是小于1和大于1的常值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预测风速信息来源于风向预测算法或先进lidar测风设备。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

将所述动态区域划分为m个子区间，得到包含m个元素的有限控制集：

仅对第一个周期进行全局搜索，对剩余的n-1个周期采用邻域搜索技术，在第k个周期内那么在第k+1个周期的可用搜索域为：

其中，m_p≤m是邻域控制集元素候选数目。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

计算所述有限控制集中每一个发电机转矩元素对应的叶轮转速ω_rk；

从计算得到的叶轮转速中寻找最优叶轮转速，获得所述最优叶轮转速时对应的发电机转矩即为最优转矩，进而得到最优转矩序列。