[发明专利]一种定速风电机组驱动系统参数辨识方法

摘要

本发明公开了一种定速风电机组驱动系统参数辨识方法，首先，确定驱动系统模型及待辨识参数；然后同步采集风速序列及定速异步风力发电机的转速信号，并将风速序列分解为平均风速及湍流风速序列，将发电机转速信号分解为稳态转速及转速的随机变化分量；计算湍流风速以及发电机转速随机变化分量的功率谱，基于该功率谱获得发电机转速相对于风速的传递函数模值；利用小波方法滤除该传递函数中的高频分量；最后基于非线性最小二乘优化方法辨识驱动系统参数；并将多个滑动窗口的参数辨识结果进行平均，确定最终的参数辨识值。本发明提供的方法可使得驱动系统参数的可观性更高；辨识结果更符合风机的实际运行状态；整体上提高了参数的辨识精度。

主权项

1.一种定速风电机组驱动系统参数辨识方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：确定驱动系统模型及待辨识参数；定速风电机组包括风力机、驱动系统及异步发电机等模块；所述风力机采用与风能利用系数、风速三次方成正比的代数模型；所述驱动系统采用两质块模型；所述异步发电机采用忽略定子动态及转子动态的准稳态模型，将所述定速风电机组各组成模块的模型在运行点附近线性化，获得含有7个参数的定速风电机组线性化模型；所述的7个参数分别为：风电机组机械转矩T_m相对于风速v的导数风电机组机械转矩T_m相对于风力机转速ω_t的导数风力机的惯性时间常数T_t、异步发电机的惯性时间常数T_g、定速风电机组传动轴的强度系数K_sh、阻尼系数D_sh，和异步发电机电功率相对于滑差s_r的导数根据所述定速风电机组各组成模块的线性化模型获得异步发电机转速相对于风速的传递函数如下：G^(s,θ^)=Δωr(s)Δv(s)=-aDshTtTgs-ωbKshaTtTgs3-(γ-DshTg+b-DshTt)s2+(KshTtωb+KshTgωb+bγ-(b+γ)DshTtTg)s-ωbKshγ+bTtTg]]>其中，ω_b为基准角频率ω_b＝2πf_N，f_N为系统的额定频率；参数a和b与空气动力学有关，设为已知；为其余5个待辨识参数，即为步骤2：同步采集风速序列v(t)、异步发电机转速序列ω_r(t)以及异步发电机的电功率P_e(t)；步骤3：设定一个长度范围为5～15分钟的时窗，在每个时窗内采用小波方法将风速序列v(t)分解为平均风速v以及湍流风速序列v_t(t)；将测量得到的异步发电机转速序列ω_r(t)分解为异步发电机稳态转速ω_r0以及异步发电机转速的随机变化分量ω_rs(t)；将电机的电功率P_e(t)分解为稳态功率P_e0以及随机变化部分P_es(t)；步骤4：根据公式ω_t0＝ω_r0＝1-s_r0计算出风力机的稳态转速ω_t0以及初始滑差s_r0；根据异步发电机稳态功率P_e0，根据公式P_m0＝P_e0以及T_t0＝P_m0/ω_t0得初始风电机组机械转矩T_t0；步骤5：计算湍流风速序列v_t(t)的功率谱S_vv(ω)、异步发电机转速随机变化分量ω_rs(t)的功率谱S_YY(ω)；由公式S_YY(ω)＝|G(ω)|²S_vv(ω)，计算异步发电机转速相对于风速的传递函数模值序列|G(ω)|；步骤6：并采用小波方法滤除|G(ω)|中的高频分量；步骤7：将步骤1中公式里的s用jω替代，用传递函数的模拟合步骤5中异步发电机转速相对于风速的传递函数模值序列|G(ω)|，从而获得驱动系统各参数的辨识结果，其中，拟合方法采用阻尼非线性最小二乘优化方法；步骤8：将数据窗口向前滑动1分钟，加入1分钟的新风速数据及异步发电机转速数据，舍弃原窗口第1分钟内的旧数据。在新的时窗内，按照步骤3～步骤7的重新辨识驱动系统各参数；步骤9：将多个时窗内驱动系统各参数的辨识值进行平均，剔除与均值偏差较大的参数；再将剩下的参数重新平均，作为驱动系统各参数的辨识结果。