[发明专利]一种基于UDE的风电机组保性能控制方法

说明书

本发明公开了一种基于UDE原理的风电机组保性能控制方法。求取风电机组实现最大功率跟踪的控制目标，并计算最大功率跟踪误差，设计最大功率跟踪误差的上下界，将有约束的最大功率跟踪误差转化为无约束变量，求取无约束变量的动态特性，设计理想控制信号表达式，使用UDE原理对理想控制信号中的未知函数进行估计，求得最终的控制信号表达式。该方法能够减小系统超调和跟踪误差，同时保证系统的瞬态和稳态性能，设计过程简单，能够减小大湍流所带来的超调对系统的冲击，从而延长机组的服役寿命，降低故障率，需要调试的控制参数少，实施过程简单，实用性良好，与传统的最优转矩控制算法相比，能够提高机组产能，增加风电场的经济效益。

技术领域

本发明涉及风力发电机组控制技术领域，特别涉及一种基于UDE的风电机组保性能控制方法。

背景技术

控制技术是风力发电系统的核心技术，由于我国风力发电起步较晚，虽然近年来我国风电装机容量的增长速度全球第一，但是目前我国的风电公司还是靠国外风电巨头的开发平台和控制系统来进行上层的风电技术研发，研发具有自主知识产权的智能风电控制系统具有重要的战略意义。

最大风能捕获是风电机组的主要控制目标之一，是风电场经济效益最大化的重要保证，为实现这一目标，目前工业上普遍采用最优转矩控制算法，该算法的原理十分简单，即在假设风速为定值的情况下，仅考虑系统稳态，将控制增益乘以发电机转速的平方作为电磁转矩的设定值。然而，由于最优转矩控制算法仅仅考虑系统稳态，在湍流风情况下，风能捕获效率下降，从而影响了机组产能。

针对最优转矩控制算法存在的问题，学者们提出了直接功率法，即假设有效风速信息是已知的，进而计算出最优功率，将最大风能捕获转化为最大功率跟踪问题。在此基础上，大量的方法被提出，比如基于神经网路的自适应控制、模糊控制、鲁棒控制等智能控制方法，然而，大多数已经存在的方法仅仅考虑了系统的稳态性能，而没有关注系统的瞬态性能，少数方法虽然同时保证了瞬态和稳态性能，但是其设计过程复杂，需要调试的参数较多，在实际应用时，实施成本较高。

基于UDE(Uncertainty and Disturbance Estimator，不确定及干扰因子估计器)的控制方法，由于其设计思路的简洁和实施效果的有效性，近年来得到了人们的日益关注。本发明设计一种简单易行、需要调试的参数少的风电机组的最大风能捕获方法，能同时保证系统的瞬态和稳态性能，提高机组产能，增加风电场的经济效益。

发明内容

为了提高风电机组的风能捕获效率，解决现有最大风能捕获方法捕风效率低、不能同时保证系统瞬态和稳态性能、设计过程复杂、需要调试的参数多的问题，本发明提供一种简单易行、控制参数调试简单的最大风能捕获方法，能同时保证系统的瞬态和稳态性能，进而提高机组发电量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于UDE的风电机组保性能控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)获得电网的风电机组实现最大功率跟踪的控制目标；

(2)根据最大功率跟踪的控制目标，计算最大功率跟踪误差e，为保证最大功率跟踪误差的瞬态和稳态性能，设置e的上下界，即e的上下界需要满足如下条件：

其中e(t)和分别是预设的最大功率跟踪误差的上界和下界。

(3)使用如下的转换函数将有约束的e转化为无约束变量z：

由转换函数的图像可知，只要无约束变量z有界，则e就会在预设的最大功率跟踪误差的上界e(t)和下界之间，并求取z的动态特性；

其中，是已知的，是需要设计的控制信号，是已知的，由于系统的参数和气动转矩很难准确获得，因此是未知函数。