一种自抗扰变桨控制方法、装置及设备

本发明属于风力电机的变桨控制技术，具体涉及一种自抗扰变桨控制方法、装置及设备。

背景技术：

1、在全球碳达峰和碳中和的趋势下，增加风电装机容量已成为发展趋势。为了获得更高质量的电力，保证风力机运行的可靠性，一方面需要对风力机的控制技术进行改进，以达到更高的标准；另一方面，必须降低成本，提高效率，实现可持续发展。目前，变速变桨距风力发电机组的主要控制策略是设置恒定的电磁转矩作为参考输入，通过调节发电机转速来维持输出功率，传统的统一变桨pi控制方法会导致叶轮不平衡载荷过高且难以保证输出功率的稳定性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种能够灵活地根据当前叶片情况而匹配确定变桨角，进而准确控制各个叶片运动，确保风力发电机输出功率始终稳定的自抗扰变桨控制方法、装置及设备。

2、本发明的内容包括一种自抗扰变桨控制方法，应用于风力发电系统中，所述自抗扰变桨控制方法包括：

3、利用统一变桨控制回路确定风力发电机中每个叶片的统一变桨角；

4、采集得到每个所述叶片的叶根弯矩和叶片方位角；

5、基于所述叶片方位角，对所述叶片的叶根弯矩进行科尔曼坐标变换，得到俯仰力矩和偏航力矩，所述俯仰力矩与偏航力矩所在坐标系为风轮轮毂的静止坐标系；

6、利用线性自抗扰控制器对所述俯仰力矩和偏航力矩进行控制，得到对应俯仰力矩和偏航力矩的变桨角；；

7、将所述变桨角进行科尔曼逆变换，得到对应每个所述叶片的独立变桨角；

8、基于所述统一变桨角和各个独立变桨角分别计算得到对应不同叶片的目标变桨角；

9、基于所述目标变桨角分别对应控制每个所述叶片的运动。

10、在一些实施例中，所述利用统一变桨控制回路确定风力发电机中每个叶片的统一变桨角，包括：

11、利用统一变桨控制回路基于所述风力发电机的电机转速与额定电机转速之间的差值确定风力发电机中每个叶片的统一变桨角。

12、在一些实施例中，所述俯仰力矩记为mtilt，偏航力矩记为myaw，其分别由下式计算得到：

13、

14、其中，所述i为叶片序数，ψi为叶片i的方位角，δmi为叶片i的叶根弯矩变化量，k为叶片i的第一导数，βi为叶片i的变桨角，h为叶片i的第二导数，vi为叶片i处的风速，xfa为前后位移量。

15、在一些实施例中，所述方法还包括：

16、以线性自抗扰控制技术为基础，利用所述俯仰力矩和偏航力矩的求导公式、科尔曼坐标变化公式及叶轮不平衡载荷设计理论构建所述线性自抗扰控制器：

17、

18、所述b0为控制器增益，f为总扰动，所述总扰动为所述风力发电机内部扰动与外部扰动的总和，所述mtilt/yaw为俯仰力矩或偏航力矩，βtilt/yaw为所述变桨角。

19、在一些实施例中，所述方法还包括：

20、基于鸽群算法对所述线性自抗扰控制器中的参数进行寻优处理，确定目标参数，所述目标参数至少包括所述线性自抗扰控制器带宽以及线性扩展状态观测器带宽；

21、基于目标参数优化所述线性自抗扰控制器；

22、基于优化后的所述线性自抗扰控制器对所述俯仰力矩和偏航力矩进行控制。

23、在一些实施例中，所述基于鸽群算法对所述线性自抗扰控制器中的参数进行寻优处理，包括：

24、基于所述鸽群算法对所述自抗扰控制器在预设参数区间内迭代运算；

25、将每次迭代计算出的候选参数组导入所述自抗扰控制器中，使所述自抗扰控制器对所述俯仰力矩和偏航力矩进行控制，得到候选变桨角；

26、基于所述候选变桨角进行风力发电机的模拟仿真运行，得到仿真运行结果；

27、基于所述仿真运行结果计算适应度值，并基于多个分别对应不同候选参数组的适应度值确定目标参数。

28、在一些实施例中，所述基于所述仿真运行结果计算适应度值，并基于多个分别对应不同候选参数组的适应度值确定目标参数，包括：

29、基于时域的误差积分性能指标对每次迭代计算的仿真运行结果计算适应度值：

30、

31、ji为第i组参数的适应度值，t为每组参数运行时间，a1为俯仰力矩的权重系数，a2为偏航力矩的权重系数，mtiltref为叶轮的俯仰力矩的参考值，myawref为叶轮的偏航力矩的参考值。

32、将计算得到的对应多个不同的仿真运行结果的适应度值进行比对，确定与适应度最小值对应的候选参数组中的参数为目标参数。

33、本发明另一实施例中同时提供一种自抗扰变桨控制装置，应用于风力发电系统中，所述自抗扰变桨控制装置包括：

34、第一确定模块，用于利用统一变桨控制回路确定风力发电机中每个叶片的统一变桨角；

35、采集模块，用于采集得到每个所述叶片的叶根弯矩和叶片方位角；

36、变换模块，用于根据所述叶片方位角，对所述叶片的叶根弯矩进行科尔曼坐标变换，得到俯仰力矩和偏航力矩，所述俯仰力矩与偏航力矩所在坐标系为风轮轮毂的静止坐标系；

37、控制模块，用于利用线性自抗扰控制器对所述俯仰力矩和偏航力矩进行控制，得到对应俯仰力矩和偏航力矩的变桨角；

38、逆转换模块，用于将所述变桨角进行科尔曼逆变换，得到对应每个所述叶片的独立变桨角；

39、第三计算模块，用于根据所述统一变桨角和各个独立变桨角分别计算得到对应不同叶片的目标变桨角；

40、第二确定模块，用于根据所述目标变桨角分别对应控制每个所述叶片的运动。

41、在一些实施例中，所述利用统一变桨控制回路确定风力发电机中每个叶片的统一变桨角，包括：

42、利用统一变桨控制回路基于所述风力发电机的实际电机转速与额定电机转速之间的差值确定风力发电机中每个叶片的统一变桨角。

43、本发明另一实施例还提供一种电子设备，包括：

44、至少一个处理器；以及，

45、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

46、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行以实现如上文中任一项实施例所述的自抗扰变桨控制方法。

47、本发明的有益效果在于能够根据风力发电机的各个叶片的实际运动状态而灵活地、适配性地对不同叶片计算变桨角，增强了变桨控制的适应性和调节能力，同时减弱叶片水平轴风力机的主要周期性负荷扰动对风力发电机输出功率的影响，有效确保了风力发电机能够始终安全稳定地运行，输出功率始终稳定。

技术特征：

1.一种自抗扰变桨控制方法，其特征在于，应用于风力发电系统中，所述自抗扰变桨控制方法包括：

2.根据权利要求1所述的自抗扰变桨控制方法，其特征在于，所述利用统一变桨控制回路确定风力发电机中每个叶片的统一变桨角，包括：

3.根据权利要求1所述的自抗扰变桨控制方法，其特征在于，所述俯仰力矩记为mtilt，偏航力矩记为myaw，其分别由下式计算得到：

4.根据权利要求1所述的自抗扰变桨控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求1所述的自抗扰变桨控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.根据权利要求5所述的自抗扰变桨控制方法，其特征在于，所述基于鸽群算法对所述线性自抗扰控制器中的参数进行寻优处理，包括：

7.根据权利要求6所述的自抗扰变桨控制方法，其特征在于，所述基于所述仿真运行结果计算适应度值，并基于多个分别对应不同候选参数组的适应度值确定目标参数，包括：

8.一种自抗扰变桨控制装置，其特征在于，应用于风力发电系统中，所述自抗扰变桨控制装置包括：

9.根据权利要求8所述的自抗扰变桨控制装置，其特征在于，所述利用统一变桨控制回路确定风力发电机中每个叶片的统一变桨角，包括：

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

技术总结本发明提供一种自抗扰变桨控制方法、装置及设备，该方法包括：利用统一变桨控制回路确定风力发电机中每个叶片的统一变桨角；基于叶片方位角，对三个叶片的叶根弯矩进行科尔曼坐标变换，得到俯仰力矩和偏航力矩；利用线性自抗扰控制器对俯仰力矩和偏航力矩进行控制，得到变桨角；将变桨角进行科尔曼逆变换，得到对应每个叶片的独立变桨角；基于统一变桨角和各个独立变桨角分别计算得到对应不同叶片的目标变桨角；基于目标变桨角分别对应控制每个叶片的运动。本发明的方法能够灵活准确地控制各个叶片运动，确保风力发电机稳定运行。技术研发人员：向超群,魏孔屹,周瑞睿,刘红文受保护的技术使用者：中南大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17