本發明涉及一種基(ji)于pso自抗擾控(kong)(kong)制的風電機組變頻偏航控(kong)(kong)制方法及系統(tong)，屬于風力發電。

背景技術：

1、隨著陸地風(feng)電(dian)(dian)機(ji)(ji)組(zu)(zu)裝機(ji)(ji)容(rong)量(liang)的(de)(de)飽和(he)，優化風(feng)電(dian)(dian)機(ji)(ji)組(zu)(zu)的(de)(de)控制系(xi)(xi)(xi)統，實現最大風(feng)能(neng)(neng)轉換效(xiao)率，提(ti)升單位風(feng)電(dian)(dian)機(ji)(ji)組(zu)(zu)的(de)(de)發電(dian)(dian)量(liang)成(cheng)為了首要目標(biao)。風(feng)電(dian)(dian)機(ji)(ji)組(zu)(zu)的(de)(de)偏(pian)航(hang)(hang)控制系(xi)(xi)(xi)統通過電(dian)(dian)機(ji)(ji)驅動機(ji)(ji)艙(cang)旋轉，保持槳葉對準風(feng)向(xiang)，以捕(bu)獲(huo)最大風(feng)能(neng)(neng)。目前，偏(pian)航(hang)(hang)控制系(xi)(xi)(xi)統多采用電(dian)(dian)機(ji)(ji)直投(tou)(tou)方式驅動機(ji)(ji)艙(cang)，當偏(pian)航(hang)(hang)角(jiao)閾值(zhi)和(he)偏(pian)航(hang)(hang)時(shi)延閾值(zhi)超過一定(ding)值(zhi)時(shi)，直接(jie)投(tou)(tou)入驅動電(dian)(dian)機(ji)(ji)以調整偏(pian)航(hang)(hang)角(jiao)度(du)(du)(du)(du)，這種直投(tou)(tou)方式必(bi)然帶來(lai)一定(ding)的(de)(de)電(dian)(dian)流沖擊和(he)機(ji)(ji)械(xie)磨(mo)損，導致了偏(pian)航(hang)(hang)系(xi)(xi)(xi)統機(ji)(ji)械(xie)壽命縮短，維護成(cheng)本(ben)(ben)增加(jia)；且偏(pian)航(hang)(hang)控制方法的(de)(de)控制效(xiao)果依(yi)賴于(yu)風(feng)速和(he)風(feng)向(xiang)變化，系(xi)(xi)(xi)統響應(ying)速度(du)(du)(du)(du)較慢(man)，易受環(huan)境的(de)(de)影響。使用模(mo)型預測控制算法和(he)人(ren)工神經網絡控制算法，需要大的(de)(de)計算資源，控制精(jing)度(du)(du)(du)(du)依(yi)賴于(yu)所建立的(de)(de)模(mo)型，并且對傳感器和(he)執行器的(de)(de)性能(neng)(neng)和(he)精(jing)度(du)(du)(du)(du)要求較高，增加(jia)了運(yun)行成(cheng)本(ben)(ben)。

技術實現思路

1、本發(fa)明所要解決的技術(shu)問題是(shi)提供(gong)一種基(ji)于pso自抗擾控制的風電(dian)機組變頻偏航(hang)控制方法及系統(tong)。

2、本(ben)發明采(cai)用如下技術方案：

3、本(ben)發明基于(yu)pso自抗擾控(kong)制的風電機組變頻偏航控(kong)制方法，采用如下步(bu)驟(zou)：

4、步驟s1.獲取風電機組的(de)偏航(hang)誤差角(jiao)θye與(yu)偏航(hang)角(jiao)偏差θe；

5、步(bu)驟s2.將設定的(de)目標偏航角θs經跟蹤微分(fen)器生成(cheng)相(xiang)應(ying)的(de)跟蹤輸入(ru)信號(hao)x1和(he)跟蹤輸入(ru)信號(hao)的(de)微分(fen)x2，得到狀(zhuang)態誤差e1和(he)狀(zhuang)態誤差e2并生成(cheng)控(kong)制輸入(ru)；

6、步驟s3.控制輸入(ru)作(zuo)用變頻(pin)偏航驅動(dong)器，來控制風電機組(zu)進行偏航動(dong)作(zuo)。

7、本發(fa)明方法(fa)的步驟s1中(zhong)，計算風電機組偏航誤差(cha)角(jiao)θye采用如下公式：

8、θye＝θwd-θnp

9、公式(shi)中，θwd為風向角，θnp為機艙位置(zhi)角；

10、計(ji)算偏航角偏差θe采用如下公式(shi)：

11、θe＝|θye|-θs

12、公式中，θye為偏(pian)航(hang)誤差(cha)(cha)角，θs為目(mu)標偏(pian)航(hang)角，θe為偏(pian)航(hang)角偏(pian)差(cha)(cha)。

13、本發明(ming)方法的步驟s2中得到狀(zhuang)態誤差(cha)e1和(he)狀(zhuang)態誤差(cha)e2的過程具體操作(zuo)如下：

14、通過步驟s1判斷風機是(shi)否需要(yao)進行偏(pian)航，如果需要(yao)進行偏(pian)航，將設(she)定的(de)目標偏(pian)航角θs經跟(gen)蹤微(wei)分(fen)(fen)器(qi)生成跟(gen)蹤輸(shu)(shu)入信(xin)號x1和(he)跟(gen)蹤輸(shu)(shu)入信(xin)號的(de)微(wei)分(fen)(fen)x2，將跟(gen)蹤輸(shu)(shu)入信(xin)號x1和(he)跟(gen)蹤輸(shu)(shu)入信(xin)號的(de)微(wei)分(fen)(fen)x2分(fen)(fen)別與非線性擴張狀態(tai)觀測(ce)器(qi)的(de)第一觀測(ce)量z1和(he)第二(er)觀測(ce)量z2做(zuo)差(cha)得到狀態(tai)誤(wu)差(cha)e1和(he)狀態(tai)誤(wu)差(cha)e2；

15、所述跟蹤微分器采用改進型levant跟蹤微分器，表達式(shi)如(ru)下：

16、

17、其中，x1為(wei)跟(gen)蹤輸(shu)入(ru)信號(hao)，x2為(wei)跟(gen)蹤輸(shu)入(ru)信號(hao)的(de)微分(fen)；h＝0.01，λ和α為(wei)跟(gen)蹤微分(fen)器(qi)設計參(can)數，c為(wei)輸(shu)入(ru)信號(hao)導數的(de)lipschitz常數上界，通(tong)常0<c<α，tanh為(wei)雙曲正切函(han)數，其表達式為(wei)：

18、

19、公式中(zhong)，x＝e1/△。

20、本(ben)發明方法非線性擴展(zhan)狀(zhuang)態(tai)觀測器表達式為:

21、

22、其中，e為線性擴展(zhan)狀(zhuang)態(tai)觀測(ce)器的輸出(chu)誤差；z1、z2、z3分別為第(di)(di)一觀測(ce)量(liang)、第(di)(di)二觀測(ce)量(liang)、擾動觀測(ce)值；β1、β2、β3為線性擴展(zhan)狀(zhuang)態(tai)觀測(ce)器可變(bian)參(can)數；u為線性擴展(zhan)狀(zhuang)態(tai)觀測(ce)器輸出(chu)的控制量(liang)。

23、本發明方(fang)法的(de)(de)狀態誤差(cha)e1和狀態誤差(cha)e2通過(guo)非(fei)線性組(zu)合(he)積分誤差(cha)控(kong)制(zhi)律以生(sheng)成相應的(de)(de)控(kong)制(zhi)輸入u，其表達式(shi)為：

24、

25、其(qi)中，kp、kd為可變參(can)數，對應著比例系數和微分系數；δ、α3、α4為非(fei)線(xian)性(xing)參(can)數；u0為誤(wu)差的非(fei)線(xian)性(xing)組(zu)合(he)，fal為非(fei)線(xian)性(xing)飽和函數。

26、本發明(ming)方法的fal函數表達式為：

27、

28、其中(zhong)，α與非線(xian)性(xing)程度有關。

29、本發明方法的步驟(zou)s2中通(tong)過非線(xian)性組合積分誤(wu)差(cha)控(kong)(kong)制律以生(sheng)成相(xiang)應的控(kong)(kong)制輸入u，該信號的大小(xiao)經限(xian)幅(fu)后作(zuo)用于偏(pian)航(hang)變頻驅動器。

30、本發明方法的步驟s3采用pso算法整定控制參數，適應度函數itae是將偏(pian)(pian)航角偏(pian)(pian)差的絕對(dui)(dui)值與變頻偏(pian)(pian)航控制系統運(yun)行(xing)時間相乘(cheng)并(bing)對(dui)(dui)其(qi)作積分，其(qi)表達式為：

31、

32、其中，∣e(t)∣為(wei)偏航角偏差的絕對值，t為(wei)系統運(yun)行時間。

33、本發(fa)明基于pso自抗擾控(kong)(kong)(kong)(kong)制的風電(dian)機(ji)組(zu)變(bian)頻偏(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)(hang)控(kong)(kong)(kong)(kong)制系(xi)統，其包括內置pso自抗擾偏(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)(hang)控(kong)(kong)(kong)(kong)制算法的主(zhu)(zhu)控(kong)(kong)(kong)(kong)plc模塊(kuai)、風速風向傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)、機(ji)艙(cang)位置傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)、偏(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)(hang)變(bian)頻器(qi)、偏(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)(hang)電(dian)機(ji)、偏(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)(hang)減速機(ji)、偏(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)(hang)齒圈(quan)和液壓系(xi)統；風速風向傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)與機(ji)艙(cang)位置傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)把采(cai)集的信號傳(chuan)輸到主(zhu)(zhu)控(kong)(kong)(kong)(kong)plc模塊(kuai)，主(zhu)(zhu)控(kong)(kong)(kong)(kong)plc模塊(kuai)連接偏(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)(hang)變(bian)頻器(qi)來(lai)驅動偏(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)(hang)電(dian)機(ji)，偏(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)(hang)電(dian)機(ji)利(li)用偏(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)(hang)減速機(ji)帶動偏(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)(hang)齒圈(quan)進(jin)(jin)行偏(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)(hang)動作，主(zhu)(zhu)控(kong)(kong)(kong)(kong)plc模塊(kuai)還直接連接液壓系(xi)統來(lai)進(jin)(jin)行偏(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)(hang)啟停和減速；

34、內(nei)置(zhi)pso自(zi)抗擾偏(pian)航(hang)(hang)控(kong)制(zhi)算法的主控(kong)plc模塊接受所述(shu)風速(su)風向傳感器(qi)(qi)和機艙位置(zhi)傳感器(qi)(qi)的信(xin)息，當滿足偏(pian)航(hang)(hang)條件時(shi)，通過下發指令到(dao)所述(shu)偏(pian)航(hang)(hang)變頻器(qi)(qi)，所述(shu)偏(pian)航(hang)(hang)變頻器(qi)(qi)控(kong)制(zhi)所述(shu)偏(pian)航(hang)(hang)電機配合所述(shu)偏(pian)航(hang)(hang)減速(su)機以及所述(shu)偏(pian)航(hang)(hang)齒圈控(kong)制(zhi)偏(pian)航(hang)(hang)速(su)度，所述(shu)液壓系統(tong)控(kong)制(zhi)配合偏(pian)航(hang)(hang)電機進行偏(pian)航(hang)(hang)的減速(su)以及啟(qi)停(ting)。

35、本(ben)發明積極效果如下(xia)：本(ben)發明實(shi)現(xian)偏(pian)航(hang)速(su)度(du)(du)調(diao)節(jie)，減少(shao)偏(pian)航(hang)電(dian)機(ji)(ji)頻(pin)繁啟停時(shi)電(dian)制(zhi)動造成的(de)機(ji)(ji)械損耗且提(ti)(ti)高系(xi)統響應速(su)度(du)(du)；自(zi)抗擾(rao)控制(zhi)是一種非(fei)線性(xing)控制(zhi)器(qi)，結(jie)合(he)偏(pian)航(hang)變頻(pin)驅(qu)動器(qi)，可以(yi)(yi)(yi)有效的(de)消(xiao)除(chu)外部(bu)擾(rao)動，補償(chang)風(feng)速(su)變化帶(dai)來(lai)的(de)擾(rao)動，并且在結(jie)合(he)偏(pian)航(hang)變頻(pin)驅(qu)動器(qi)以(yi)(yi)(yi)后，能(neng)夠(gou)控制(zhi)偏(pian)航(hang)電(dian)機(ji)(ji)實(shi)現(xian)軟起動，以(yi)(yi)(yi)變化的(de)偏(pian)航(hang)速(su)度(du)(du)來(lai)控制(zhi)風(feng)力機(ji)(ji)槳(jiang)葉對風(feng)，其(qi)控制(zhi)效果在根據不(bu)同工況優化控制(zhi)器(qi)參數的(de)情況下(xia)，可以(yi)(yi)(yi)有效地(di)提(ti)(ti)升(sheng)發電(dian)效率(lv)以(yi)(yi)(yi)及偏(pian)航(hang)系(xi)統使(shi)用壽(shou)命；自(zi)抗擾(rao)控制(zhi)器(qi)魯棒性(xing)強，可以(yi)(yi)(yi)有效的(de)消(xiao)除(chu)內外擾(rao)動，并且通過智能(neng)算法調(diao)節(jie)控制(zhi)器(qi)的(de)參數實(shi)現(xian)精準(zhun)對風(feng)，提(ti)(ti)高風(feng)能(neng)利用效率(lv)。

技術特征：

1.一(yi)種(zhong)基于pso自抗擾(rao)控(kong)制的風電機組(zu)變(bian)頻偏航控(kong)制方法，其特(te)征在于，采(cai)用如下步(bu)驟：

2.根(gen)據(ju)權利(li)要求(qiu)1所述的(de)基(ji)于(yu)pso自抗擾(rao)控(kong)制的(de)風(feng)電機組(zu)變頻(pin)偏(pian)航(hang)控(kong)制方(fang)法(fa)，其特征在于(yu)，步驟s1中，計算風(feng)電機組(zu)偏(pian)航(hang)誤(wu)差角θye采(cai)用如下公式：

3.根據權(quan)利(li)要(yao)求2所述(shu)的基于(yu)pso自抗(kang)擾控制的風電機組變頻(pin)偏航控制方(fang)法，其特(te)征(zheng)在于(yu)，步驟(zou)s2中得(de)到狀態誤(wu)差e1和狀態誤(wu)差e2的過程具體(ti)操作如下：

4.根(gen)據權(quan)利要(yao)求3所述的基于pso自抗擾(rao)控制(zhi)的風電機組變頻偏(pian)航控制(zhi)方(fang)法(fa)，其特征(zheng)在于，所述非(fei)線性擴展狀(zhuang)態觀測器表達式為：

5.根據權利要求4所述的基于(yu)pso自(zi)抗擾(rao)控(kong)(kong)制(zhi)的風電機組(zu)(zu)變頻偏航控(kong)(kong)制(zhi)方法，其(qi)特(te)征(zheng)在于(yu)，狀(zhuang)態(tai)誤差(cha)e1和狀(zhuang)態(tai)誤差(cha)e2通過非線性(xing)組(zu)(zu)合積分誤差(cha)控(kong)(kong)制(zhi)律以生成相應的控(kong)(kong)制(zhi)輸(shu)入u，其(qi)表達式為：

6.根據(ju)權利要求4或5所述的(de)基于(yu)pso自抗擾控制(zhi)的(de)風電(dian)機組變頻偏航(hang)控制(zhi)方法，其(qi)特征(zheng)在于(yu)，所述fal函數表(biao)達(da)式為：

7.根據權利要求(qiu)1或5所(suo)述的(de)基(ji)于(yu)pso自抗擾控制的(de)風電機(ji)組變頻偏航控制方法，其(qi)特征在(zai)于(yu)，步驟s2中通過非線性(xing)組合積分(fen)誤差控制律(lv)以生成(cheng)相應的(de)控制輸入，該(gai)信號的(de)大(da)小經限幅后作用于(yu)偏航變頻驅動器(qi)。

8.根(gen)據權(quan)利(li)要(yao)求(qiu)7所述的(de)(de)基(ji)于(yu)pso自抗擾控(kong)(kong)制(zhi)的(de)(de)風電機(ji)組變頻偏航控(kong)(kong)制(zhi)方法，其特征(zheng)在于(yu)，步驟s3采用pso算(suan)法整定控(kong)(kong)制(zhi)參數，適應(ying)度(du)函數itae是將偏航角(jiao)偏差(cha)的(de)(de)絕(jue)對值與變頻偏航控(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)運行時(shi)間相乘并(bing)對其作積分，其表達式(shi)為(wei)：

9.一種基(ji)于pso自抗擾(rao)控(kong)(kong)制的(de)風電(dian)機組變頻(pin)(pin)偏(pian)(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)控(kong)(kong)制系統，其(qi)特征在于，其(qi)包括內置pso自抗擾(rao)偏(pian)(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)控(kong)(kong)制算法的(de)主控(kong)(kong)plc模(mo)塊、風速風向(xiang)傳(chuan)感(gan)器、機艙位置傳(chuan)感(gan)器、偏(pian)(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)變頻(pin)(pin)器、偏(pian)(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)電(dian)機、偏(pian)(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)減(jian)速機、偏(pian)(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)齒圈(quan)和液壓(ya)系統；風速風向(xiang)傳(chuan)感(gan)器與機艙位置傳(chuan)感(gan)器把采(cai)集的(de)信(xin)號傳(chuan)輸到主控(kong)(kong)plc模(mo)塊，主控(kong)(kong)plc模(mo)塊連(lian)接偏(pian)(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)變頻(pin)(pin)器來(lai)驅動(dong)偏(pian)(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)電(dian)機，偏(pian)(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)電(dian)機利用偏(pian)(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)減(jian)速機帶動(dong)偏(pian)(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)齒圈(quan)進行(xing)偏(pian)(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)動(dong)作，主控(kong)(kong)plc模(mo)塊還直接連(lian)接液壓(ya)系統來(lai)進行(xing)偏(pian)(pian)(pian)航(hang)(hang)(hang)啟(qi)停(ting)和減(jian)速；

技術總結
本發明涉及一種基于PSO自抗擾控制的風電機組變頻偏航控制方法及系統，方法采用如下步驟：S1.獲取風電機組的偏航誤差角θ<subgt;ye</subgt;與偏航角偏差θ<subgt;e</subgt;；S2.將設定的目標偏航角θ<subgt;s</subgt;經跟蹤微分器生成相應的跟蹤輸入信號x<subgt;1</subgt;和跟蹤輸入信號的微分x<subgt;2</subgt;，得到狀態誤差e<subgt;1</subgt;和狀態誤差e<subgt;2</subgt;并生成控制輸入；S3.控制輸入作用變頻偏航驅動器，來控制風電機組進行偏航動作；系統包括內置PSO自抗擾偏航控制算法的主控PLC模塊、風速風向傳感器、機艙位置傳感器、偏航變頻器、偏航電機、偏航減速機、偏航齒圈和液壓系統；本發明實現偏航速度調節，減少偏航電機頻繁啟停時電制動造成的機械損耗且提高系統響應速度，實現精準對風，提高風能利用效率。

技術研發人員：王向偉,劉衛亮,葛建宏,吳濤,申向榮,丁春興,劉帥,劉長良,劉毅,段瑞龍,趙海玉,王洪興
受保護的技術使用者：華能承德風力發電有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/9/19