[發(fā)明專(zhuān)利]用于變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的命令濾波反步控制方法及控制器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110293384.0
• 申請(qǐng)日: 2021-03-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113007021A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃淼
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海第二工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F03D7/04
• 分類(lèi)號(hào): F03D7/04
• 代理公司: 上海天翔知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31224
• 代理人: 高迷想

1.一種用于變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的命令濾波反步控制方法，其特征在于，所述命令濾波反步控制方法通過(guò)引入兩質(zhì)量模型來(lái)描述變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，

其中，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)具有渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，并且所述渦輪機(jī)和所述發(fā)電機(jī)通過(guò)柔性軸連接，

所述兩質(zhì)量分別為所述渦輪機(jī)和所述發(fā)電機(jī)的慣量，以及

所述變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程式為：

P_g＝T_gω_g (1)

其中表示渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)加速度，表示軸扭轉(zhuǎn)位移的導(dǎo)數(shù)，表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的加速度，狀態(tài)變量ω_t，θ_sh和ω_g分別表示渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，軸的扭轉(zhuǎn)位移和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，T_g表示發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，K_sh表示軸的剛度，為常數(shù)，J_t和J_g分別表示渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的慣量，P_g表示發(fā)電機(jī)輸出功率，T_t表示渦輪的氣動(dòng)力矩，為非線(xiàn)性函數(shù)，定義為：

其中ρ和R分別表示空氣密度和渦輪機(jī)葉片半徑，v為風(fēng)速，C_p是功率系數(shù)，取決于葉片的槳距角β和葉尖速比λ。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的命令濾波反步功率信號(hào)反饋控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步驟：

第1步，進(jìn)行坐標(biāo)變換：

令z₁＝T_gω_g-P_d，

其中Z₁、Z₂、Z₃分別表示輸出和狀態(tài)的跟蹤誤差，P_d表示參考功率，表示虛擬控制器α_i，i＝2，3的一階命令濾波器的輸出，它的定義是：

其中ε_i表示所述濾波器的濾波系數(shù)，表示的導(dǎo)數(shù)，α₁和α₂分別表示兩個(gè)虛擬控制信號(hào)，

令

根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程式(1)，可以推導(dǎo)出狀態(tài)變量z的動(dòng)態(tài)方程式(3)：

其中分別表示跟蹤誤差的導(dǎo)數(shù)，表示發(fā)電機(jī)電磁扭矩的導(dǎo)數(shù)；

第2步，為了消除誤差的影響，定義誤差補(bǔ)償信號(hào)ξ_i，i＝1，2，3，其動(dòng)態(tài)方程如下：

其中l(wèi)_i＞0和k_i＞0為設(shè)計(jì)參數(shù)，

定義補(bǔ)償跟蹤誤差為：s_i＝z_i-ξ_i，i＝1，2，3 (5)

將式(3)和式(4)代入式(5)得到補(bǔ)償跟蹤誤差的導(dǎo)數(shù)：

第3步，為了推導(dǎo)虛擬控制信號(hào)，定義二次函數(shù)V₁表示補(bǔ)償跟蹤誤差s₁的能量函數(shù)，其導(dǎo)數(shù)為：

定義虛擬控制信號(hào)α₁為：

第4步，令V₂表示補(bǔ)償跟蹤誤差s₁和s₂的能量函數(shù)，其導(dǎo)數(shù)為：

定義虛擬控制信號(hào)α₂為：

第5步，令V₃表示補(bǔ)償跟蹤誤差s₁，s₂和s₃的能量函數(shù)，其導(dǎo)數(shù)為：

發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T_g由下面的等式產(chǎn)生：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的命令濾波反步控制方法，其特征在于，所述方法使得在低速區(qū)域內(nèi)工作的變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率能夠跟蹤渦輪，從而從風(fēng)中捕獲的最大能量：

其中C_pmax表示C_p(λ，β)在取β＝0deg和最優(yōu)葉尖速比λ_opt時(shí)的最大值，ρ表示空氣密度，R表示渦輪葉片半徑，V表示風(fēng)速。