[發明專利]一種變速風力發電機組的變槳變矩聯合控制方法

有效

• 申請號: 201711309947.0
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108167120B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 楊秦敏;焦緒國;陳積明;盧建剛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

1.一種變速風力發電機組的變槳變矩聯合控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)對風力發電機組的傳動軸系結構進行分析，考慮系統未建模動態和干擾，建立風力發電機簡化動態模型；

(2)計算功率調節誤差的動態特性；所述功率調節誤差定義為風電機組額定發電功率與實際發電功率之差；

(3)根據步驟2中的功率調節誤差動態特性，選取滑模面和切換函數，確定滑模增益，引入風輪轉速調節誤差，得到最終的滑模變結構轉矩控制信號，使得風電機組的輸出功率維持在額定功率附近；所述風輪轉速調節誤差定義為風輪額定轉速與風輪實際轉速之差；

(4)確定期望的風輪轉速調節誤差動態特性，使得調節誤差以指數收斂的形式收斂到零；

(5)將步驟1的風力發電機簡化動態模型分解為已知項、非仿射不確定及未知干擾項、槳距角控制項，所述已知項中包括步驟3得到的滑模變結構轉矩控制信號；

(6)將分解后的風力發電機簡化動態模型與期望的風輪轉速調節誤差動態特性相結合，得到槳距角初步表達式；

(7)使用低通濾波器對非仿射不確定及未知干擾項進行逼近，得到非仿射不確定及未知干擾項在時域中的估計值；

(8)將步驟7得到的估計值代入步驟6得到的槳距角初步表達式，經過拉普拉斯變換和反變化，得到槳距角最終表達式，從而實現通過控制槳距角使得風電機組的風輪轉速維持在額定轉速附近。

2.根據權利要求1所述的一種變速風力發電機組的變槳變矩聯合控制方法，其特征在于，所述步驟2中，功率調節誤差的動態特性具有如下形式：

其中，功率調節誤差e_p＝P_ref-P_g，P_ref為額定功率，P_g＝T_gω_r為實際輸出功率，T_g為等效發電機轉矩，ω_r為風輪實際轉速,“·”表示求取該符號下變量的導數。

3.根據權利要求2所述的一種變速風力發電機組的變槳變矩聯合控制方法，其特征在于，所述步驟3中，最終的滑模變結構轉矩信號具有如下形式：

其中，為滑模增益的動態部分，的自適應更新機制為λ為滑模增益的常數部分，λ＞0；sgn(e_p)為切換函數，選取e_p＝0作為滑模面；風輪轉速調節誤差e_ω＝ω_d-ω_r，ω_d為風輪額定轉速，K_p為風輪轉速調節誤差控制增益，K_p＞0。

4.根據權利要求3所述的一種變速風力發電機組的變槳變矩聯合控制方法，其特征在于，所述步驟4中，期望的風輪轉速調節誤差動態特性采用如下形式：

其中，K_ω為期望的風輪轉速調節誤差控制增益，K_ω＜0。

5.根據權利要求4所述的一種變速風力發電機組的變槳變矩聯合控制方法，其特征在于，所述步驟5中，分解后的風力發電機簡化動態模型如下：

其中，g(ω_r)為已知項，f(ω_r,v,β,t)為非仿射不確定及未知干擾項，β為槳距角控制項，ω_r為風輪實際轉速，J_t表示系統轉動慣量，T_g表示發電機轉矩，T_a表示氣動轉矩，K_t是阻尼系數，t表示時間，v表示風速，Δ(t)表示未建模動態和環境干擾。

6.根據權利要求5所述的一種變速風力發電機組的變槳變矩聯合控制方法，其特征在于，所述步驟6中，所述槳距角初步表達式為：

β＝-g(ω_r)+f(ω_r,v,β,t)+K_ωe_ω。