[發(fā)明專利]基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)力發(fā)電變槳距控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410209306.8
• 申請(qǐng)日: 2014-05-19
• 公開（公告）號(hào): CN104595106B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦斌;王欣;李鵬程;朱萬力
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F03D7/00
• 分類號(hào): F03D7/00
• 代理公司: 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 曾志鵬

本發(fā)明針對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變槳距控制問題，提出了一種基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)補(bǔ)償算法的滑模變槳距控制方法。本專利提出的強(qiáng)化學(xué)習(xí)補(bǔ)償算法是將滑模變結(jié)構(gòu)控制和強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法結(jié)合起來，基于模型的滑模變結(jié)構(gòu)控制具有強(qiáng)魯棒性和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特點(diǎn)，在滑模控制信號(hào)上疊加一個(gè)利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的Actor?Critic強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，該強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法可以對(duì)系統(tǒng)中的不確定性、擾動(dòng)和未建模部分進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，滑模變結(jié)構(gòu)控制保證初始控制性能，加快了整體算法收斂速度，利用梯度下降法更新網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)參數(shù)。本發(fā)明具有抗干擾好、對(duì)變化參數(shù)魯棒性強(qiáng)以及速度快等優(yōu)點(diǎn),在保證功率輸出穩(wěn)定在額定值附近的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)槳距角的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，減輕了機(jī)組疲勞度和組件間的磨損。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的控制方法，具體地說，涉及一種基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)補(bǔ)償算法的滑模槳距角控制方法。

背景技術(shù)

風(fēng)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)通過槳距控制器，完成葉片節(jié)距角的控制，在切入風(fēng)速以上到額定風(fēng)速以下范圍內(nèi)時(shí)，保持風(fēng)力機(jī)槳距角不變，通過改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速使風(fēng)力機(jī)運(yùn)行在最佳葉尖速比下來實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤控制；在額定風(fēng)速以上到切出風(fēng)速時(shí)，使轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速附近，通過調(diào)節(jié)槳距角使發(fā)電機(jī)組輸出保持功率恒定，當(dāng)風(fēng)速大于切出風(fēng)速時(shí)，進(jìn)行停機(jī)保護(hù)。

由于風(fēng)速的隨機(jī)性、風(fēng)電機(jī)組參數(shù)的時(shí)變性，塔影、風(fēng)切變、偏航回轉(zhuǎn)等引起的負(fù)載擾動(dòng)，變槳距調(diào)節(jié)槳的往復(fù)動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)大質(zhì)量葉輪負(fù)載的慣性環(huán)節(jié)，使得變槳距控制系統(tǒng)具有參數(shù)非線性、參數(shù)時(shí)變性、滯后性等特點(diǎn)，造成風(fēng)電機(jī)組輸出功率的不穩(wěn)定。

此外，隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的增加，不平衡載荷引起的風(fēng)力機(jī)疲勞失效成為風(fēng)電運(yùn)行維護(hù)成本的主要來源。如何減少風(fēng)力機(jī)疲勞失效和磨損，延長(zhǎng)各部件的使用壽命是控制領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要考慮解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有時(shí)變非線性等不穩(wěn)定特性，機(jī)組內(nèi)部參數(shù)攝動(dòng)和外部擾動(dòng)使得槳距角很難達(dá)到精確控制，加之硬件具有延時(shí)性，難以保證整體機(jī)組安全穩(wěn)定優(yōu)化運(yùn)行。

技術(shù)方案：為了克服上述問題，將強(qiáng)化學(xué)習(xí)和滑模變結(jié)構(gòu)控制結(jié)合起來，應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電變槳距控制中，滑模變結(jié)構(gòu)控制完成對(duì)槳距角的基本控制，強(qiáng)化學(xué)習(xí)用來自適應(yīng)補(bǔ)償擾動(dòng)、攝動(dòng)和未建模部分對(duì)整體性能的影響，達(dá)到優(yōu)化控制的目的，彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法基于模型的不足，使得系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)，具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，保證風(fēng)電機(jī)組正常、高效和可靠地優(yōu)化運(yùn)行。

本發(fā)明提出的基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)補(bǔ)償?shù)淖儤嘧詫W(xué)習(xí)控制方法與系統(tǒng)，其特征在于該變槳距控制系統(tǒng)采用滑模控制為基礎(chǔ)，強(qiáng)化學(xué)習(xí)補(bǔ)償為輔助，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如附圖1所示，用風(fēng)速風(fēng)向傳感器采集關(guān)于風(fēng)速等數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)風(fēng)速信號(hào)超過額定值且滿足風(fēng)力機(jī)運(yùn)行條件時(shí)，則啟動(dòng)風(fēng)機(jī)的變槳距調(diào)節(jié)，測(cè)量機(jī)組輸出功率，根據(jù)功率偏差求得滑模輸入變量s，控制系統(tǒng)分為兩階段進(jìn)行學(xué)習(xí)，階段實(shí)現(xiàn)如下：

階段1：初始化控制系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)，包括滑模變結(jié)構(gòu)控制參數(shù)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)參數(shù)，其中一些參數(shù)影響著整體學(xué)習(xí)效果，需要特別調(diào)試。滑模變結(jié)構(gòu)控制是準(zhǔn)滑動(dòng)模態(tài)控制實(shí)現(xiàn)，其中邊界層參數(shù)Δ是[什么參數(shù)，對(duì)應(yīng)哪個(gè)公式]個(gè)重要參數(shù)，需要不斷調(diào)試，過大可以消除大部分滑模抖動(dòng)，但是會(huì)消弱控制效果；過小會(huì)導(dǎo)致滑模抖動(dòng)變大，但是相應(yīng)控制效果較好。強(qiáng)化學(xué)習(xí)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，中心的初始值對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)有著重要影響，無法較準(zhǔn)確的設(shè)置中心值會(huì)導(dǎo)致整個(gè)算法無法收斂，一般采用均值法或者k-means法進(jìn)行初步設(shè)置。強(qiáng)化信號(hào)中的容許誤差帶ε是整個(gè)影響整體控制效果的參數(shù)，它決定著控制器學(xué)習(xí)所需達(dá)到的目標(biāo)，也即控制器能把誤差降低在多少之下。ε選取較大，此時(shí)也就意味著系統(tǒng)可以接受的誤差較大，控制器學(xué)習(xí)時(shí)間較短，收斂速度快，但是控制效果較差；ε選取較小，則系統(tǒng)要求精度較高，收斂速度變慢，整體控制效果較好，可是存在一個(gè)問題，實(shí)際風(fēng)電控制系統(tǒng)難以做到高速的槳距角變換，所以較高的精度無法實(shí)現(xiàn)；

各項(xiàng)參數(shù)調(diào)試完畢后，即可進(jìn)行在線學(xué)習(xí)。根據(jù)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋構(gòu)建狀態(tài)輸入向量x作為控制器的輸入，控制器根據(jù)強(qiáng)化學(xué)習(xí)在線補(bǔ)償方法對(duì)控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線優(yōu)化；