[发明专利]一种风力发电机组非线性控制输入设计方法及其系统

说明书

本发明公开了一种风力发电机组非线性控制输入设计方法及其系统，属于风电机组领域，包括三部分：建立风力发电机组线性化模型，计算非线性控制输入和系统状态更新。本发明的风力发电机组非线性控制输入设计方法可替代PID控制器，直接计算出非线性控制输入，实现了系统的稳定性以及系统输出对目标参考曲线的跟踪，对提高风力发电机控制系统的控制性能有重要意义。

技术领域

本发明涉及风电机组领域，特别是涉及一种风力发电机组非线性控制输入设计方法及其系统。

背景技术

风力发电机控制系统是整个风力发电机组的核心,直接影响着整个风力发电系统的性能、效率和电能质量。目前风力发电机组的控制系统主要主要使用PID控制器，它通过把系统观测到的数据和一个预先设定的参考值进行比较，然后把比较后得出的差值用控制算法计算新的输入值，这个新的输入值可以让系统的输出达到目标值。PID控制器:应用比例K_P,积分K_I和微分K_D三种控制规律，根据系统状态和参考值状态的差值来调整输入值得到预期的控制效果。在风力发电机组控制过程中，PID控制参数以及图形之间没有精确直接的数值对应关系，大都需要依靠工程设计人员以自己的经验来进行调节，存在一定的误差和不确定性，给属于非线性系统的风力发电机组的控制运行带来困难。

风力发电机组是一个非线性复杂系统，在运行过程中会受到风速的不确定性以及负载扰动等环节的影响，对于风力发电机组的控制系统而言，控制器需要能够考虑到这个非线性特性，从而达到满意的控制效果，需要达到控制系统的稳定性要求，并能跟踪目标参考曲线使系统达到理想的电功率输出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种风力发电机组非线性控制输入设计方法及其系统，可以计算得出非线性控制输入，主要应用于目前的风力发电机组控制系统中。该方法能够代替PID控制器，达到实现风机控制系统的稳定性和跟踪目标参考曲线的要求。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机组非线性控制输入设计方法，包括如下步骤：

1)根据具体的风力发电机组设置系统参数，把风力发电机组模型进行线性化，得到各个风速下的系统状态空间模型；

2)基于该线性系统的状态空间模型，计算出非线性控制参数K和非线性控制输入：

u＝Kx         (1)

式(1)中，K为非线性控制参数，u为包含了当前时刻的非线性输入以及在当前时刻对未来时刻非线性控制输入的估计，并将该非线性控制输入传递给系统；

3)系统状态更新：根据在在当前时刻的初始状态x以及计算得出的非线性控制参数K,得出当前时刻的非线性控制输入传递给系统；到了下一时刻，将下一时刻的状态更新作为初始状态，进而计算出下一时刻的非线性控制输入传递系统，以此往后类推，形成一个状态反馈闭环系统。

进一步地，所述步骤1)中系统状态空间模型表示为：

x′＝Ax+Bu

y＝Cx+Du                  (2)

式(2)中，输入量u为风速，桨距角控制量和发电机转矩控制量，输出量y为发电机转速和桨距角，x为风电机组的系统状态，x′为x的微分，A,B,C,D为系统状态矩阵，所述系统状态矩阵通过风机系统建模得到。

进一步地，所述步骤2)中，通过对步骤1)建立起的线性系统的状态空间模型，定义二次型函数式(3)得出非线性控制输入u＝Kx：

式(3)中，R为设定的固定数值，u为风速，J为二次型函数矩阵，T为矩阵的转置。

进一步地,所述非线性控制参数通过式(4)计算得出：