[發明專利]基于模糊預測和扇區管理的雙風輪風力機變槳控制方法

有效

• 申請號: 202111112641.2
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113653596B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）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）人: 華北電力大學
• 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權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了屬于風力機控制技術領域的一種基于模糊預測和扇區管理的雙風輪風力機變槳控制方法，包括：采集SCADA系統中風力機與載荷相關的數據；對風況進行在線識別；可控的極端風況將采用智能保護控制算法對風力機進行載荷保護；不可控的極端風況將對極端風況的發生頻率進行統計；對于高頻極端風況采用扇區管理；對于低頻極端風況采用順槳、停機。本發明使用的T?S模型具有良好的魯棒性；對控制模型進行解耦使得后續參數調整簡便靈活；使用廣義預測控制，能根據風力機現時刻值以及歷史值預測未來值，對危險情形有預警功能，能提前做出動作避開危險情形，保障風力機安全運行；對不可控極端風況進行扇區管理，擴展了風力機安全運行工況。

技術領域

本發明屬于風力機控制技術領域，特別涉及一種基于模糊預測和扇區管理的雙風輪風力機變槳控制方法。

背景技術

近年來，風能的開發利用已受到世界各國的高度重視。風力發電機能夠從環境風速中捕獲一定的能量并轉化成電能。大型化是當前風力機的發展趨勢，可大幅提高風資源利用效率。我國風資源豐富的沿海地區頻繁受到極端風況的影響，風速常常大于切出風速。根據設計規范，當風速大于切出風速，機組基本都剎車停機并斷網，這不但會給電網帶來影響，也會給機組帶來較大的沖擊載荷。通過保護控制風力機能在強風速區繼續進行發電，不僅能夠充分利用切出風速以上的風資源，而且還能降低載荷保障風力機安全運行。雙風輪風力機包含前后兩個風輪，在運行過程中具有耦合現象，給風力機的保護控制帶來了困難，要想取得滿意的控制效果，需要對多輸入多輸出的風力機保護控制進行解耦。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于模糊預測和扇區管理的雙風輪風力機變槳控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、采集SCADA系統中風力機與載荷相關的數據；

步驟2、對風況進行在線識別；

步驟3、對風況進行在線識別包括三種情況：

若是正常風況，則無動作；若是極端風況，則判斷極端風況是否可控；

若可控，則依靠離線訓練的載荷模型和在線的廣義預測控制，計算變槳信號；若不可控，則判斷極端風況是否頻繁；

步驟4、若頻繁，則采取扇區管理、偏航；若不頻繁，則采取順槳、停機。

所述步驟1中采集SCADA系統中風力機與載荷相關的數據包括：風速v；前風輪槳距角β₁；前風輪轉速ω₁；前風輪葉根彎曲力矩M₁；后風輪槳距角β₂；后風輪轉速ω₂；后風輪葉根彎曲力矩M₂。

所述步驟4中依靠離線訓練的載荷模型和在線的廣義預測控制，計算變槳信號包括：

步驟4.1：基于T-S模糊規則構建雙風輪風力機的T-S模糊模型；

步驟4.2：搭建預測控制模型，對預測控制模型進行解耦；

步驟4.3：基于輸出限值的廣義預測控制算法，得到控制器輸入，達到預期控制效果。

所述步驟4.1中基于T-S模糊規則構建雙風輪風力機的T-S模糊模型包括：

步驟4.1.1：依據步驟1中的原始數據構建T-S模糊模型的規則庫，得到規則庫的形式如下：