本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電控制，尤其是發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩控制，具體而言涉及一種變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制方法、系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
背景技術(shù)：
1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳距系統(tǒng)是風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的核心部分，對(duì)機(jī)組安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行起到關(guān)鍵的作用。穩(wěn)定的變槳距控制是大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)研究的難點(diǎn)，變速變槳距調(diào)節(jié)結(jié)合了變速定槳控制以及定速變槳控制的優(yōu)點(diǎn)，是主流的槳距控制策略。變速變槳距機(jī)組的主要目標(biāo)是在不同風(fēng)速下最大化能量捕獲，使機(jī)組在風(fēng)速模型的理想功率曲線運(yùn)行，同時(shí)保證機(jī)組的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。目前典型的控制策略包括基于pid的控制、模型預(yù)測(cè)控制(mpc)、滑?？刂?smc)、模糊邏輯或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制方法。
2、傳統(tǒng)pid控制是最先提出的控制策略，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)，通過(guò)比例、積分、微分環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩誤差，保持功率跟蹤目標(biāo)。但pid的參數(shù)難以在風(fēng)速變化/變換速率大的情況下保持最優(yōu)，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)響應(yīng)不足，引起超調(diào)或振蕩的問(wèn)題。而且pid對(duì)于非線性系統(tǒng)的適應(yīng)性不夠，尤其是在風(fēng)速突變或湍流情況下的控制效果欠佳。傳統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制(mpc)策略中利用精確模型來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)狀態(tài)并優(yōu)化控制輸入，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的模型往往存在不確定性，比如空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化，導(dǎo)致mpc的精確模型性能下降，預(yù)測(cè)控制的精確性和魯棒性存在缺陷?；？刂?smc)的適應(yīng)性和魯棒性較強(qiáng)，通過(guò)設(shè)計(jì)滑模面迫使系統(tǒng)軌跡收斂至期望狀態(tài)，對(duì)參數(shù)變化和外部擾動(dòng)有較好的抑制能力，但滑?？刂茣?huì)引入抖振現(xiàn)象，尤其是在實(shí)際系統(tǒng)中，這會(huì)影響機(jī)械部件的壽命，比如變槳機(jī)構(gòu)的磨損加劇，同時(shí)設(shè)計(jì)合適的滑模面和控制律需要較多的經(jīng)驗(yàn)，不易實(shí)現(xiàn)和調(diào)整，影響控制效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷與不足，本發(fā)明目的在于提供一種變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制方法與系統(tǒng)，通過(guò)分層控制架構(gòu)與多技術(shù)融合，構(gòu)建從數(shù)據(jù)采集、模型辨識(shí)到智能控制的全閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定發(fā)電與設(shè)備保護(hù)的雙重目標(biāo)。
2、根據(jù)本發(fā)明目的的第一方面，提出一種變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制方法，其具體實(shí)現(xiàn)包括以下步驟：
3、步驟1、獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)采樣信號(hào)，包括風(fēng)速信號(hào)、機(jī)組轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩以及變槳角，并將機(jī)組轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩以及變槳角與風(fēng)速信號(hào)對(duì)齊，計(jì)算葉尖速比λ；
4、步驟2、構(gòu)建改進(jìn)葉素動(dòng)量模型pmech＝f(cp,β,λ)，用于表征風(fēng)能捕獲效率cp與葉尖速比λ和槳距角β的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系，并基于遞推最小二乘法實(shí)時(shí)更新參數(shù)估計(jì)值，實(shí)現(xiàn)在線辨識(shí)更新cp；
5、步驟3、基于所述改進(jìn)葉素動(dòng)量模型、發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈動(dòng)態(tài)模型以及變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型構(gòu)建多目標(biāo)預(yù)測(cè)模型，并采用前向歐拉法離散化處理，獲得離散化后的狀態(tài)空間模型；
6、步驟4、基于功率跟蹤誤差設(shè)計(jì)引入積分項(xiàng)的自適應(yīng)滑模面，通過(guò)積分項(xiàng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，并通過(guò)時(shí)變?cè)鲆鎸?shí)現(xiàn)模糊邏輯動(dòng)態(tài)調(diào)整；
7、步驟5、以所述動(dòng)態(tài)調(diào)整的滑模面作為核心約束，優(yōu)化所述離散化后的狀態(tài)空間模型的目標(biāo)函數(shù)并轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化進(jìn)行求解，并基于連續(xù)趨近律設(shè)計(jì)，使用雙曲正切函數(shù)近似符號(hào)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化抖振抑制，輸出未來(lái)n步的最優(yōu)控制序列；以及
8、步驟6、根據(jù)最優(yōu)控制序列，進(jìn)行變槳矩與轉(zhuǎn)矩協(xié)同控制。
9、根據(jù)本發(fā)明目的的第二方面，提出一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括：
10、一個(gè)或多個(gè)處理器；
11、存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)可被操作的指令，所述指令在通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)使得所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行操作，所述操作包括執(zhí)行前述變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制方法的過(guò)程。
12、根據(jù)本發(fā)明目的的第三方面，提出一種存儲(chǔ)軟件的計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)，所述軟件包括能通過(guò)一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行的指令，所述指令在被所述一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)執(zhí)行前述變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制方法的過(guò)程。
13、由以上本發(fā)明實(shí)施例的變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制方法，基于自適應(yīng)滑模的預(yù)測(cè)控制策略實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩與變槳角的協(xié)同動(dòng)作，利用mpc的滾動(dòng)優(yōu)化來(lái)處理多變量約束，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減少超調(diào)和振蕩；同時(shí)，采用自適應(yīng)滑模來(lái)補(bǔ)償模型不確定性和擾動(dòng)，通過(guò)積分項(xiàng)補(bǔ)償、模糊邏輯動(dòng)態(tài)增益調(diào)整、連續(xù)趨近律優(yōu)化構(gòu)建兼具穩(wěn)態(tài)精度與動(dòng)態(tài)適應(yīng)性的魯棒控制內(nèi)核，抑制風(fēng)速隨機(jī)波動(dòng)、葉片氣動(dòng)參數(shù)的時(shí)變特性(如老化、結(jié)冰導(dǎo)致的功率系數(shù)衰減)以及傳動(dòng)鏈阻尼的不確定性對(duì)控制算法的抖動(dòng)影響；進(jìn)一步引入風(fēng)速預(yù)測(cè)信息驅(qū)動(dòng)前饋控制，提前調(diào)整控制策略，在預(yù)測(cè)到風(fēng)速變化時(shí)，提前調(diào)整轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，以提前補(bǔ)償擾動(dòng)和平滑功率輸出和機(jī)械負(fù)載，提高控制精度。
14、應(yīng)當(dāng)理解，前述構(gòu)思以及在下面更加詳細(xì)地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在這樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開(kāi)的發(fā)明主題的一部分。另外，所要求保護(hù)的主題的所有組合都被視為本公開(kāi)的發(fā)明主題的一部分。
15、結(jié)合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發(fā)明教導(dǎo)的前述和其他方面、實(shí)施例和特征。本發(fā)明的其他附加方面例如示例性實(shí)施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見(jiàn)，或通過(guò)根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的具體實(shí)施方式的實(shí)踐中得知。
1.一種變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述將機(jī)組轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩以及變槳角與風(fēng)速信號(hào)對(duì)齊，計(jì)算葉尖速比λ，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述步驟2中，構(gòu)建改進(jìn)葉素動(dòng)量模型pmech＝f(cp,β,λ)，用于表征風(fēng)能捕獲效率cp與葉尖速比λ和槳距角β的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系，并基于遞推最小二乘法實(shí)時(shí)更新參數(shù)估計(jì)值，實(shí)現(xiàn)在線辨識(shí)更新cp，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述步驟3中，基于所述改進(jìn)葉素動(dòng)量模型、發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈動(dòng)態(tài)模型以及變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型構(gòu)建多目標(biāo)預(yù)測(cè)模型，并采用前向歐拉法離散化處理，獲得離散化后的狀態(tài)空間模型，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述步驟4中，所述基于功率跟蹤誤差設(shè)計(jì)引入積分項(xiàng)的自適應(yīng)滑模面，通過(guò)積分項(xiàng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，并通過(guò)時(shí)變?cè)鲆鎸?shí)現(xiàn)模糊邏輯動(dòng)態(tài)調(diào)整，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述步驟4-2中，動(dòng)態(tài)更新時(shí)變?cè)鲆鎘(t)的過(guò)程包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述步驟5中，以所述動(dòng)態(tài)調(diào)整的滑模面作為核心約束，優(yōu)化所述離散化后的狀態(tài)空間模型的目標(biāo)函數(shù)并轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化進(jìn)行求解，并基于連續(xù)趨近律設(shè)計(jì)，使用雙曲正切函數(shù)近似符號(hào)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化抖振抑制，輸出未來(lái)n步的最優(yōu)控制序列，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，在所述步驟6中，根據(jù)最優(yōu)控制序列，進(jìn)行變槳矩與轉(zhuǎn)矩協(xié)同控制，包括對(duì)發(fā)電機(jī)變流器與變槳伺服電機(jī)的協(xié)同控制，具體如下：
9.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，包括：
10.一種存儲(chǔ)軟件的計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)，其特征在于，所述軟件包括能通過(guò)一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行的指令，所述指令在被所述一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)執(zhí)行如所述權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述方法的過(guò)程。