[发明专利]基于风速提前测量的非线性预测变桨控制方法

说明书

本发明提供了一种基于风速提前测量的非线性预测变桨控制方法，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。本发明的基于风速提前测量的非线性预测变桨控制方法对机组安全、稳定、高效运行具有十分重要的作用。

技术领域

本发明涉及风电机组控制系统技术领域，特别涉及一种基于风速提前测量的非线性预测变桨控制方法。

背景技术

在现有技术中，变桨距控制多以风轮转速为输入，桨距角为输出的传统控制计算方法，即根据风轮的实时转速，通过比例积分控制算法得到桨距角，再由变桨执行机构实现桨距角的跟踪，控制叶片变桨旋转至得出的桨距角，进而实现对风轮转速的控制。随着风电机组单机容量的增大及风轮叶片的加长，导致风轮转动惯量增大及风轮转速控制滞后时间延长。传统的控制方法在风速快速变化的风况下，容易导致机组超速及极端载荷的发生。雷达测风(Lidar)设备的快速发展和成熟使得未来风信息的提前测量变成了现实，如何有效利用提前测量风信息提升机组控制性能引起了相关领域技术人员的密切关注。

发明内容

本发明提供了一种基于风速提前测量的非线性预测变桨控制方法，其目的是为了解决传统的控制方法在风速快速变化的风况下，容易导致机组超速及极端载荷的问题。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种基于风速提前测量的非线性预测变桨控制方法，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。

其中，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。

其中，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。

其中，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。

其中，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的优化目标可以用以下数学表达式来表示：