[發(fā)明專利]基于模糊預(yù)測和扇區(qū)管理的雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)變槳控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111112641.2
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113653596B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文廣;駱偉健;孫嘉壕;王慶華;房方;胡陽;劉亞娟
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;F03D7/04;F03D1/02;F03D17/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

1.一種基于模糊預(yù)測和扇區(qū)管理的雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)變槳控制方法，包括以下步驟：步驟1、采集SCADA系統(tǒng)中風(fēng)力機(jī)與載荷相關(guān)的數(shù)據(jù)；步驟2、對風(fēng)況進(jìn)行在線識別；其特征在于，還包括：

步驟3、對風(fēng)況進(jìn)行在線識別包括三種情況：

若是正常風(fēng)況，則無動作；若是極端風(fēng)況，則判斷極端風(fēng)況是否可控；

若可控，則依靠離線訓(xùn)練的載荷模型和在線的廣義預(yù)測控制，計(jì)算變槳信號；若不可控，則判斷極端風(fēng)況是否頻繁；

步驟4、若頻繁，則采取扇區(qū)管理、偏航；若不頻繁，則采取順槳、停機(jī)；所述采取扇區(qū)管理包括：離線統(tǒng)計(jì)并繪制雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的風(fēng)向玫瑰圖與時(shí)間玫瑰圖，根據(jù)玫瑰圖對相應(yīng)扇區(qū)進(jìn)行運(yùn)行管理，以低功率維持運(yùn)行，保證不可控極端風(fēng)況發(fā)生時(shí)，運(yùn)行載荷低于設(shè)計(jì)載荷；在實(shí)際運(yùn)行后，持續(xù)統(tǒng)計(jì)玫瑰圖，對扇區(qū)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整；

所述依靠離線訓(xùn)練的載荷模型和在線的廣義預(yù)測控制，計(jì)算變槳信號包括：

步驟4.1：基于T-S模糊規(guī)則構(gòu)建雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的T-S模糊模型包括：

步驟4.1.1：依據(jù)步驟1中的原始數(shù)據(jù)構(gòu)建T-S模糊模型的規(guī)則庫，得到規(guī)則庫的形式如下：

式中，Rⁱ為第i條模糊規(guī)則；v為風(fēng)速，單位為m/s；β₁為前風(fēng)輪槳距角，單位為°；ω₁為前風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，單位為rpm；β₂為后風(fēng)輪槳距角，單位為°；ω₂為后風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，單位為rpm；為相對于輸入變量的模糊子集，j＝{1,2,3,4,5}；M₁ⁱ、M₂ⁱ為第i條規(guī)則下前后風(fēng)輪葉根彎曲力矩，單位為Nm；B_i為第i條規(guī)則的后件參數(shù)，A_i為2*5的矩陣，B_i為2*1的矩陣；

步驟4.1.2：通過加權(quán)平均解模糊器，得到T-S模糊模型的彎曲力矩

式中，N為模糊規(guī)則總數(shù)；φ_i為前件參數(shù)；

步驟4.1.3：通過模糊C均值聚類算法對T-S模糊模型前件參數(shù)辨識；

步驟4.1.4：通過最小二乘算法對T-S模糊模型后件參數(shù)辨識；

步驟4.2：搭建預(yù)測控制模型，對預(yù)測控制模型進(jìn)行解耦包括：

步驟4.2.1：搭建雙輸入雙輸出廣義預(yù)測控制模型：

式中，M₁(k)、M₂(k)為第k時(shí)刻前后風(fēng)輪葉根彎曲力矩；u₁(k-1)、u₂(k-1)為前后風(fēng)輪變槳信號的控制輸入；ξ₁(k)、ξ₂(k)為前后風(fēng)輪干擾信號；F₁₁(z^-1)、F₁₂(z^-1)、F₁₃(z^-1)、F₂₁(z^-1)、F₂₂(z^-1)、F₂₃(z^-1)為關(guān)于z-¹的多項(xiàng)式，z-¹為后移時(shí)間算子；Δ為差分算子；k表示某時(shí)刻；

步驟4.2.2：對廣義預(yù)測控制模型進(jìn)行前饋補(bǔ)償解耦設(shè)計(jì)，引入前饋補(bǔ)償器F_FF2(z^-1)與F_FF1(z^-1)：

解耦后的廣義預(yù)測模型為：

步驟4.3：基于輸出限值的廣義預(yù)測控制算法，得到控制器輸入，達(dá)到預(yù)期控制效果包括：

步驟4.3.1：對解耦后的預(yù)測模型添加輸出限值，構(gòu)建預(yù)測模型：

式中，M_1max、M_2max為前后風(fēng)輪葉根彎曲力矩的最大值；

步驟4.3.2：引入丟番圖方程，對預(yù)測模型的輸出求解；

步驟4.3.3：確定性能優(yōu)化指標(biāo)，對預(yù)測模型進(jìn)行滾動優(yōu)化，得到控制律；

步驟4.3.4：取控制律的第一個(gè)分量為Δu(k)，控制器的輸入u(k)為：

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)?(7)。