[發明專利]基于H∞混合靈敏度的風機變槳執行機構魯棒控制方法

有效

• 申請號: 201410240805.3
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN104330970B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 李相俊;陳金元;謝巍;張亮;惠東
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;中國電力科學研究院;華南理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明屬于風力發電中變槳執行機構的控制方法領域，具體涉及一種基于H_∞混合靈敏度的風機變槳執行機構的魯棒控制方法，為風力發電系統中的變槳執行機構設計控制器，使風力發電系統的變槳恒功率控制策略得到應用，適用對象是具有變槳功能的風力發電領域。

背景技術

人們越來越關注化石燃料的枯竭問題以及使用這些化石燃料帶來的環境問題，充分利用可再生的、清潔的風能成為解決這些問題的有效辦法。然而，風速的波動將會引起輸出功率的波動，給電網帶來不利影響。為了平抑這種功率波動，研究出了很多控制方法，定槳失速、變槳恒功率、儲能平滑等，其中，應用較為廣泛的是永磁同步風力發電變槳恒功率控制。變槳恒功率控制是在額定風速之上切出風速以下時，改變風機葉片的槳距角，使得風機輸出功率保持恒定。

為了達到變槳恒功率的目的，就要求變槳執行機構能夠快速地跟蹤槳距角命令。變槳執行機構的常規控制策略為PI控制，然而PI控制快速性、魯棒性、抑制干擾方面控制效果不理想，故提出了更先進的魯棒H_∞控制。在設計H_∞控制器過程中，加權函數的構造至關重要。樊樹軍在“H∞混合靈敏度設計問題仿真研究”(哈爾濱工業大學碩士生學位論文，2010)中給出了加權陣的約束條件。然而，這些約束條件對如何快速地構造出不同控制對象的加權函數并不實用，這種方法對經驗依賴程度很大，需要不斷反復、多次試湊，需要很長的構造時間。

因此，本發明提出了一種快速構造加權函數的方法，不僅能快速地構造需要的加權函數，且能有效地降低控制器的階次。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷，本發明的目的在于提出一種基于H_∞混合靈敏度的風機變槳執行機構的魯棒控制方法，該方法針對變槳恒功率的風力系統，使變槳執行機構能快速跟蹤槳距角命令，減小跟蹤誤差，使變槳執行機構具備良好的動態性能、魯棒性能，抗干擾能力強。

為了實現上述目的，本發明是通過如下技術方案實現的：

一種基于H_∞混合靈敏度的風機變槳執行機構的魯棒控制方法，包括如下步驟：

(A)構建變槳執行機構(變槳執行機構即為被控對象)的開環傳遞函數G_P(s)：

其中，β為變槳執行機構輸出的槳距角值，β_CMD為變槳執行機構輸入的槳距角命令，τ為時間常量，s為拉普拉斯算子；

(B)建立靈敏度函數S和補靈敏度函數T，構造滿足約束條件的加權函數W₁、W₂、W₃；

(C)建立槳距角執行機構廣義被控對象的閉環系統傳遞函數T_zw(s)，進而求取H_∞控制器C_hinf的傳遞函數K(s)；

優選地，所述步驟(B)中，通過如下公式建立靈敏度函數S和補靈敏度函數T：

其中，G_p(s)為被控對象的傳遞函數，K(s)為待求取的H_∞控制器的傳遞函數；

構造加權函數W₁、W₂、W₃，如下式所示：

W₂＝K₂

其中，K₁為被控對象期望的低頻增益，K₂為W₃的放大系數，K₃為W₃的放大系數，A為W₃的剪切頻率與W₁的剪切頻率的位置關系參數，ω_c為被控對象期望的剪切頻率，s為拉普拉斯算子。

優選地，所述步驟(B)中，所述加權函數的參數K₁、K₂、K₃、A和ω_c須同時滿足下述約束條件：

①K₁≥20

②

③

④|K₃|＜1

⑤A≥3

其中，u_max為控制量u的上限值，ω_d為變槳執行機構中干擾信號的頻率上限。