[发明专利]基于风速提前测量的非线性预测变桨控制方法

权利要求书

1.一种基于风速提前测量的非线性预测变桨控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，引入动态区域来约束风力发电机组给定桨距角变化率的预设允许范围；

步骤2，在所述预设允许范围内确定候选风力发电机组给定桨距角变化率的有限控制集；

步骤3，通过所述有限控制集搜索最优风力发电机组给定桨距角变化率序列；

步骤4，将所述最优风力发电机组给定桨距角变化率序列的第一个元素作为控制器输出。

2.根据权利要求1所述的基于风速提前测量的非线性预测变桨控制方法，其特征在于，所述步骤1中所述的预设允许范围为

其中，和对应所述风力发电机组给定桨距角变化率的最小值和最大值。

3.根据权利要求2所述的基于风速提前测量的非线性预测变桨控制方法，其特征在于，所述步骤2包括：

将上述公式中的区域分为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是邻域区间元素候选数目。

4.根据权利要求3所述的基于风速提前测量的非线性预测变桨控制方法，其特征在于，所述步骤3包括：

确定周期为T和Δt；

获取提前测量的未来平均风速V₁,V₂,...,V_n；

预测所述步骤1和步骤2中每个所对应的叶轮转速，找到最优给定桨距角变化率序列。

5.根据权利要求4所述的基于风速提前测量的非线性预测变桨控制方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

在特定时间T内，变速风力发电机组在额定风速以上风速区间运行优化的目标可以用以下数学表达式来表示：

其中，w¹和w²是权重因子，可以使用试错程序(trial and error procedures)来确定，ω_r是转子转速，ω^*是转子额定转速，是桨距角变化率；

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

其中，w¹₁,w¹₂,...,w¹_n；w²₁,w²₂,...,w²_n；ω_r1,ω_r2,...,ω_rn；分别是短周期内的权重系数、叶轮平均转速以及桨距角变化率。

6.根据权利要求5所述的基于风速提前测量的非线性预测变桨控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

对风电机组对象进行建模，得到：

P_a＝T_aω_r＝0.5ρπR²V³C_p(λ,β)

其中，T_a为气动力矩，ω_r为转子转速，ρ为空气密度，R为转子半径，V为风速，C_p(λ,β)是风能捕获系数，J_R是转子-发电机组合惯性，T_g是发电机的转矩，N是变速箱的比数；

由上述两个公式可得，预测的叶轮转速ω_rk表示为：

ω_rk＝(ψV_k³C_pk(λ_k,β_k)/(ω_rk-1)-NT_g)Δt/J_R+ω_rk-1

其中，λ_k≈ω_rk-1R/V_k，T_g是所需的发电机转矩，Δt表示短周期，J_R表示转子-发电机组合惯性，ψ＝0.5ρπR²。