一种定桨距风力机的内模控制方法

摘要

本发明公开了一种定桨距风力机的内模控制方法，属于风力发电系统控制技术。本发明通过重构模型的逆形成内模控制器，对气动转矩扰动进行补偿，从而保证风力机工作在额定风速以上时即工作在深失速区时的稳定性。在整个设计风速范围内对定桨距风力机进行变速控制，通过控制发电机的电磁转矩进而调节风力机转速，达到定桨风力机功率控制的目的；本发明提高了风能利用效率，改善了定桨距风力机在额定风速以上输出功率特性差的缺点，解决了风力机运行于力矩不稳定区时的稳定性问题，保证其不会因外界扰动而飞车或是停机。

主权项

1、一种定桨距风力机的内模控制方法，其特征在于：通过重构模型的逆形成内模控制器对气动转矩扰动进行补偿，保证风力机工作在深失速区时的稳定性，改善风力机在低风速区的动态特性，通过控制发电机的电磁转矩进而调节风力机转速，达到对定桨风力机功率控制的目的，所述控制方法包括如下环节：1)通过转矩观测器获得气动转矩的状态估计值(T_m1)，并通过转矩-转速曲线得到定桨距风力机的参考转速(ω_if^*)，若风力机与发电机之间有齿轮箱，则发电机的转速期望值为ω^*＝ω_if^*K_N，K_N为齿轮箱变速比，若无齿轮箱，取K_N＝1；2)通过重构控制对象模型(G_n(s))获得估计的转速(ω_g)；3)将风力发电机的实际转速(ω_f)与2)所述的转速(ω_g)作差，得到转速误差信号(Δω₁)；4)将定桨距风力发电机的参考转速(ω^*)与3)所述转速误差信号(Δω₁)作差得到转速误差信号(Δω₂)；5)通过重构控制对象模型(G_n(s))的逆形成内模控制器(G_c(s))，定桨距风力发电机输出转速的表达式为：$\omega \left(s\right)=\frac{G_c\left(s\right)G\left(s\right)}{1+G_c\left(s\right)(G\left(s\right)-G_n\left(s\right))}{\omega }^{*}\left(s\right)+\frac{1-G_c\left(s\right)G_n\left(s\right)}{1+G_c\left(s\right)(G\left(s\right)-G_n\left(s\right))}D\left(s\right)T_m\left(s\right),$s为频域拉普拉斯算子，ω^*(s)为风力发电机的期望转速给定，T_m(s)为气动转矩，D(s)为气动转矩干扰平移至输出端的传递函数：D(s)＝G_p(s)，G_p(s)为风力发电机的数学模型，G(s)为控制对象真实模型，当选择G_c(s)＝[G_n(s)]^-1，抵消气动转矩扰动的影响，保证定桨距风力机在深失速区稳定运行，为了保证内模控制器G_c(s)的可实现性，在其中加入低通滤波器Q(s)，内模控制器的最终实现形式为G_c(s)＝Q(s)[G_n(s)]^-1；6)将4)所述的转速误差信号(Δω₂)经过内模控制器(G_c(s))得到发电机电磁转矩参考信号(T_e^*)，将(T_e^*)除以一个与发电机结构相关的常数得到电流调节器q轴电流的期望给定值，将电流调节器d轴电流的期望给定值设为0，并将电流调节器的输出进行SVPWM调制就得到了实际的发电机定子端PWM整流器的驱动信号。