[發明專利]基于雙自抗擾控制器的風電機組轉矩—槳距控制方法

有效

• 申請號: 202110994049.3
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113638840B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 王靈梅;賈成真;孟恩隆;李永龍;司榮國;耿淑強;王凱林;劉玉山;王強;姬繼文;尹少平;韓磊;程江濤;賈建華;董小錄;楊晉東;趙峰;趙小明
• 申請（專利權）人: 山西大學;山西健科科技有限公司;青海綠電分布式能源有限責任公司;晉控電力山西新能源有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00;F03D7/04;F03D17/00
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 王軍

本發明涉及一種基于雙自抗擾控制器的風電機組轉矩—槳距控制方法，根據轉矩、槳距環節的動態特性，設計動態變限的一階LADRC轉矩控制模塊、控制器切換控制模塊，變帶寬的二階LADRC變槳控制模塊和參數整定采用系統閉環零極點的離線分析模塊以及對控制器參數進行整定，進一步降低湍流風況下風電機組功率、轉速的波動；本發明設計合理的轉矩—變槳解耦控制策略，保證兩個LADRC控制器之間的切換，防止風電機組在額定風速附近出現控制失穩的現象。

技術領域

本發明涉及風力發電控制技術領域，更具體地說，涉及一種基于雙自抗擾控制器的風電機組轉矩—槳距控制方法。

背景技術

隨著風電機組向著大型化、智能化方向發展，先進的風電機組控制算法對機組安全、穩定運行至關重要。目前風電機組全風速段的控制主要采用兩個PID控制器實現，即低風速段的轉矩PID控制、高風速段的槳距PID控制以及額定風速附近的轉矩和槳距解耦控制環節。由于PID控制算法是以轉速的誤差作為輸入，而轉速的變化經過風電機組的機械傳動機構后，與風速的變化相比存在明顯的滯后，而且在實際控制中，測量的轉速信號還要經過濾波環節才能引入轉矩和變槳控制環節中，這樣導致了風電機組控制系統不能夠及時地對風速的變化產生反應，系統的抗擾性較差，影響系統的安全、穩定運行。所以，本發明采用LADRC控制器作為轉矩—槳距的主控制器，能夠實現對被控量轉速以及系統總擾動的實時估計，增強風電機機組的抗擾性能。

對于風電機組的控制，國內外學者已經開展了廣泛的研究。在轉矩控制方面，提出了一種動態變限的轉矩控制策略，該控制策略是基于傳統的PI控制器。另外有研究者采用了模糊滑模變結構控制技術實現了對機組轉矩控制的優化，該方法在制定模糊規則時依賴長期的運行調試經驗。在槳距控制方面，有研究者采用線性和非線性控制器對傳統PID變槳控制算法進行了優化和改進，只考慮了額定風速以上的變槳距控制，缺乏額定風速以下的轉矩控制，未實現全風況下的風電機組控制。針對轉矩PI和槳距PI在額定風速附近存在耦合的問題，一些研究人員提出了各自的解耦方法，但是都是基于傳統的PI控制器，也并未深入探討解耦后的控制算法對機組載荷的影響。自抗擾控制器是我國中科院研究員韓京清先生經過多年研究，提出的一種新型控制器，目前，有學者已經將自抗擾控制技術已應用于風電機組的控制，主要偏向于風電機組在額定風速以上的變槳控制以及風電機組的變流器控制，而針對全風速段的雙自抗擾(LADRC)控制策略還未見相關研究報道。和傳統PI控制相比，探究利用雙LADRC重新設計風電機組的轉矩和槳距控制環節后給風電機組帶來的影響具有重要的工程實踐意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的缺陷，提供一種基于雙自抗擾控制器的風電機組轉矩—槳距控制方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種基于雙自抗擾控制器的風電機組轉矩—槳距控制方法，通過一種基于雙自抗擾控制器的風電機組轉矩—槳距控制算法進行控制，所述控制算法包括：動態變限的一階LADRC轉矩控制模塊、控制器切換控制模塊，變帶寬的二階LADRC變槳控制模塊和參數整定采用系統閉環零極點的離線分析模塊；

所述控制方法包括步驟：

通過系統閉環零極點的離線分析模塊，構建風電機組的非線性模型，針對轉矩和槳距控制環節做開環仿真實驗，獲取一階LADRC轉矩控制模塊和二階LADRC變槳控制模塊的最優控制參數；

將一階LADRC轉矩控制模塊和二階LADRC變槳控制模塊的控制參數按照離線分析模塊仿真得到的最優控制參數進行部署；

測量實時風速，若實時風速低于額定風速，則通過一階LADRC轉矩控制模塊對風電機組的轉矩進行控制；

在一階LADRC轉矩控制模塊對風電機組轉矩的控制過程中，控制器切換控制模塊判斷風電機組的實時功率是否達到額定功率，若達到額定功率，則結合前一時刻的槳距角指令進行一階LADRC轉矩控制模塊向二階LADRC變槳控制模塊的切換，實現通過二階LADRC變槳控制模塊進行槳距的控制。