[发明专利]一种风力发电机分数阶变桨控制方法

权利要求书

1.一种风力发电机分数阶变桨控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立机械液压混合传动型风力发电机系统模型；

混合传动型风力发电机系统的非线性仿射模型表示为：

其中，u＝θ_ref，h(x)＝ω_r，ρ为空气密度，R为风轮半径，v为风速，C_P为风能利用系数，K为传动系统总传动比，T_g为发电机负载转矩，ω_r为风轮转速，T_θ为时间常数，J_v为传动系统总转动惯量，θ_ref为参考桨距角，x₁为风轮转速ω_r，x₂为实际桨距角θ；

(2)结合积分滑模控制和反步法设计变桨距控制器，并将变桨控制器扩展到分数阶；

所述结合积分滑模控制和反步法设计变桨距控制器，具体为：

风轮转速的跟踪误差及其微分定义为：

e_a＝ω_ref-ω_r (27)

则稳定函数为：

σ＝h₁e_a (29)

其中，h₁为正常数；

根据式(28)定义一个辅助跟踪误差变量：

能量函数1设计为：

根据式(29)和式(30)，对上式求导得：

积分滑模面为：

其中，h₂为正常数，p为滑模增益；

能量函数2设计为：

对上式求导可得：

根据式(30)，可得e_b的导数为：

根据反馈线性化理论，由系统(26)和式(27)可得：

其中，

L_gh(x)＝g₁(x)＝0 (39)

进一步求导可得：

其中，

其中，x₁为风轮转速ω_r，x₂为实际桨距角θ，T_θ为时间常数，J_v为传动系统总转动惯量；

因此，式(36)转化为：

(3)设计分数阶扩张状态观测器，并定义一个附加状态变量用于表示系统内外部扰动，对系统所有状态变量进行观测和补偿。

2.根据权利要求1所述一种风力发电机分数阶变桨控制方法，其特征在于：步骤(1)所述混合传动型风力发电机系统包括风轮(①)、第一级行星齿轮(②)、第二级平行齿轮(③)、第三级平行齿轮(④)、液压系统(⑤)和第四级行星齿轮(⑥)；系统的输入为风轮(①)转速，首先驱动第一级行星齿轮(②)转动，加速后由第一级行星齿轮(②)的太阳轮输出转速驱动第二级平行齿轮(③)转动，然后在第三级平行齿轮(④)处实现分流，一部分经液压系统(⑤)传递至第四级行星齿轮(⑥)的行星轮，一部分直接输入至第四级行星齿轮(⑥)的行星架，两部分在第四级行星齿轮(⑥)处实现合流，最后由第四级行星齿轮(⑥)的太阳轮输出高速轴转矩。

3.根据权利要求1所述一种风力发电机分数阶变桨控制方法，其特征在于：所述将变桨控制器扩展到分数阶得到控制律为：

式中，α₁为分数阶数，sign为符号函数，j、ε为常值系数，h₁、h₂为正常数，S为积分滑模面，σ为稳定函数，e_a为风轮转速跟踪误差，e_b为辅助跟踪误差变量，p为滑模增益。