[發(fā)明專利]基于LMI欠驅(qū)動滑模控制的故障風電系統(tǒng)容錯方法

有效

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• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113250905B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設計）人: 王欣;秦斌;葉永恩;秦羽新
• 申請（專利權）人: 湖南工業(yè)大學
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 曾志鵬

本發(fā)明針對風力發(fā)電系統(tǒng)中的執(zhí)行器恒偏差故障和執(zhí)行器恒增益故障的問題，發(fā)明了一種基于LMI(線性矩陣不等式)欠驅(qū)動滑模控制的故障風電系統(tǒng)容錯方法。首先為執(zhí)行器恒偏差故障和執(zhí)行器恒增益故障設計出兩種不同的容錯控制器，當系統(tǒng)發(fā)生某一種故障時，由不同的主動容錯系統(tǒng)根據(jù)故障診斷機構提供的實時信息，自動選擇切換至相對應的容錯控制器，完成多模型故障診斷；最終，恒常數(shù)偏差與恒增益通過LMI欠驅(qū)動滑模控制實現(xiàn)故障容錯控制，從而實現(xiàn)多模型故障診斷與容錯控制。本發(fā)明能對執(zhí)行器故障進行有效地容錯控制，對提系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的意義。

技術領域

本發(fā)明涉及的風力發(fā)電系統(tǒng)故障，進行獨立分析討論并根據(jù)其特點設計容錯控制策略，具體的說就是一種基于LMI(線性矩陣不等式)欠驅(qū)動滑模控制的故障風電系統(tǒng)容錯方法。

背景技術

隨著風力發(fā)電技術的不斷發(fā)展，風力發(fā)電機組的單機容量有了很大的提高，但也使得系統(tǒng)的結(jié)構復雜性和控制難度增加；風電場一般分布在偏遠山區(qū)或海邊，工作環(huán)境復雜，條件惡劣；風力發(fā)電機組在工作的時候發(fā)生故障無法避免；對風力發(fā)電系的執(zhí)行器故障，通過采用LMI欠驅(qū)動滑模控制容錯策略是有效的手段。

由于被動容錯控制具有輸出不連續(xù)，有較大的抖動和很大的保守性，容易損壞執(zhí)行器，不能全面發(fā)揮系統(tǒng)的最高性能等缺點。風力發(fā)電系統(tǒng)的故障常采用主動容錯控制，主動容錯控制主要可以分為控制律重新調(diào)度、控制律重構設計和模型跟隨重組控制三種類型。控制律重新調(diào)度需要對故障檢測裝置高靈敏度以及高準確率，而且需要對所有故障一一窮舉，比較費時費力，但是也是一種比較實用的主動容錯控制方法。控制律重構設計與需要對所有故障一一窮舉的控制率重新調(diào)度不同，控制率重構設計的核心思想是在線實時重組容錯控制律，現(xiàn)時最常見的控制律重構的設計方法基于神經(jīng)網(wǎng)絡的PID參數(shù)重構容錯控制；模型跟隨重組控制策略不論是否發(fā)生故障被控系統(tǒng)的輸出始終以跟蹤參考模型的輸出的為執(zhí)行目的，以自適應控制為控制手段的控制策略，近年來，基于模型跟隨重組的主動容錯控制策略日漸成為控制領域的研究的焦點。與被動容錯控制相比，主動容錯控制通過控制器重構保持系統(tǒng)的穩(wěn)定和具有可接受的能以積極響應系統(tǒng)的元件故障。

發(fā)明內(nèi)容

為了針對風力發(fā)電系統(tǒng)中的執(zhí)行器恒偏差故障和執(zhí)行器恒增益故障的問題，提出了一種基于LMI欠驅(qū)動滑模控制的故障風電系統(tǒng)容錯策略，解決了風力發(fā)電系統(tǒng)因故障帶來的一系列問題，使系統(tǒng)重新回到穩(wěn)定狀態(tài)。

總共分為三個階段：第一階段：對執(zhí)行器故障的LMI欠驅(qū)動滑模控制進行推論與證明；第二階段：設計風力發(fā)電系統(tǒng)執(zhí)行器恒偏差故障容錯控制；第三階段：設計發(fā)電系統(tǒng)執(zhí)行器恒增益故障容錯控制。

風力發(fā)電系統(tǒng)的整合模型是一個兩出兩入的非線性強耦合系統(tǒng)；整體模型如下：

其中，x＝[ω_t,ω_g,T_tw,T_g,β]^T，y＝[ω_g,P_g]^T，ω_t為風機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，ω_g為發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，T_tw為傳動機構轉(zhuǎn)矩，T_g為發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩，為按照控制要求給出發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩的參考值，β_d按照控制要求輸出槳距角的參考值，P_g為系統(tǒng)的輸出功率，i為齒輪箱的傳動比，J_t為低速軸的轉(zhuǎn)動慣量，C_p為風能利用系數(shù)，λ為葉尖速比，β是槳距角，R為風輪半徑，v為有效風速，J_g為高速軸的轉(zhuǎn)動慣量，k_s為傳動軸的剛度系數(shù)；B_s為阻尼系數(shù)，τ_g為系統(tǒng)的時間常數(shù)，τ為一階系統(tǒng)的時間常數(shù)τ。

模型的線性化處理，針對某一工況對空氣動力轉(zhuǎn)矩進行線性化處理，式子可得：