[发明专利]一种变速风力发电机组的变桨变矩联合控制方法

权利要求书

1.一种变速风力发电机组的变桨变矩联合控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)对风力发电机组的传动轴系结构进行分析，考虑系统未建模动态和干扰，建立风力发电机简化动态模型；

(2)计算功率调节误差的动态特性；所述功率调节误差定义为风电机组额定发电功率与实际发电功率之差；

(3)根据步骤2中的功率调节误差动态特性，选取滑模面和切换函数，确定滑模增益，引入风轮转速调节误差，得到最终的滑模变结构转矩控制信号，使得风电机组的输出功率维持在额定功率附近；所述风轮转速调节误差定义为风轮额定转速与风轮实际转速之差；

(4)确定期望的风轮转速调节误差动态特性，使得调节误差以指数收敛的形式收敛到零；

(5)将步骤1的风力发电机简化动态模型分解为已知项、非仿射不确定及未知干扰项、桨距角控制项，所述已知项中包括步骤3得到的滑模变结构转矩控制信号；

(6)将分解后的风力发电机简化动态模型与期望的风轮转速调节误差动态特性相结合，得到桨距角初步表达式；

(7)使用低通滤波器对非仿射不确定及未知干扰项进行逼近，得到非仿射不确定及未知干扰项在时域中的估计值；

(8)将步骤7得到的估计值代入步骤6得到的桨距角初步表达式，经过拉普拉斯变换和反变化，得到桨距角最终表达式，从而实现通过控制桨距角使得风电机组的风轮转速维持在额定转速附近。

2.根据权利要求1所述的一种变速风力发电机组的变桨变矩联合控制方法，其特征在于，所述步骤2中，功率调节误差的动态特性具有如下形式：

其中，功率调节误差e_p＝P_ref-P_g，P_ref为额定功率，P_g＝T_gω_r为实际输出功率，T_g为等效发电机转矩，ω_r为风轮实际转速,“·”表示求取该符号下变量的导数。

3.根据权利要求2所述的一种变速风力发电机组的变桨变矩联合控制方法，其特征在于，所述步骤3中，最终的滑模变结构转矩信号具有如下形式：

其中，为滑模增益的动态部分，的自适应更新机制为λ为滑模增益的常数部分，λ＞0；sgn(e_p)为切换函数，选取e_p＝0作为滑模面；风轮转速调节误差e_ω＝ω_d-ω_r，ω_d为风轮额定转速，K_p为风轮转速调节误差控制增益，K_p＞0。

4.根据权利要求3所述的一种变速风力发电机组的变桨变矩联合控制方法，其特征在于，所述步骤4中，期望的风轮转速调节误差动态特性采用如下形式：

其中，K_ω为期望的风轮转速调节误差控制增益，K_ω＜0。

5.根据权利要求4所述的一种变速风力发电机组的变桨变矩联合控制方法，其特征在于，所述步骤5中，分解后的风力发电机简化动态模型如下：

其中，g(ω_r)为已知项，f(ω_r,v,β,t)为非仿射不确定及未知干扰项，β为桨距角控制项，ω_r为风轮实际转速，J_t表示系统转动惯量，T_g表示发电机转矩，T_a表示气动转矩，K_t是阻尼系数，t表示时间，v表示风速，Δ(t)表示未建模动态和环境干扰。

6.根据权利要求5所述的一种变速风力发电机组的变桨变矩联合控制方法，其特征在于，所述步骤6中，所述桨距角初步表达式为：

β＝-g(ω_r)+f(ω_r,v,β,t)+K_ωe_ω。