本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電，特別涉及一種大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制方法。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)力發(fā)電作為一種主要的綠色能源，已成為各國能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。然而，風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，由于機(jī)械系統(tǒng)的振動問題，常常面臨故障停機(jī)，進(jìn)而導(dǎo)致顯著的經(jīng)濟(jì)損失。這些問題引起了業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視，風(fēng)電機(jī)組的動態(tài)特性及其減振控制方法仍需進(jìn)行深入研究。

2、傳統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組減振研究主要集中在被動控制方法上，尤其是針對扭轉(zhuǎn)振動的抑制。然而，被動控制方法通常依賴于特定的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，難以實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)整，應(yīng)用場景單一，且成本較高。因此，近年來，主動控制方法逐漸成為風(fēng)電領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。主動控制方法通過電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對機(jī)械系統(tǒng)振動的有效抑制，具有較高的靈活性，并且無需引入額外的硬件，成本相對較低。傳統(tǒng)的控制方法，如比例積分(pi)控制，雖然簡單易實(shí)現(xiàn)，但在應(yīng)對復(fù)雜的非線性振動和諧波問題時(shí)表現(xiàn)不足，所以現(xiàn)有的研究逐漸將目光轉(zhuǎn)向更先進(jìn)的控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制方法，在電氣控制系統(tǒng)中的機(jī)側(cè)整流器中的轉(zhuǎn)速環(huán)采用變結(jié)構(gòu)滑?？刂疲娏鳝h(huán)采用模型預(yù)測控制；結(jié)合變結(jié)構(gòu)滑模控制方法與模型預(yù)測控制方法，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組傳動系統(tǒng)的振動抑制和諧波抑制。其中，采用滑模控制方法增強(qiáng)系統(tǒng)在風(fēng)速突變條件下的快速響應(yīng)能力，減少轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的超調(diào)。采用模型預(yù)測控制方法優(yōu)化機(jī)側(cè)整流器電流環(huán)的控制，抑制系統(tǒng)中的諧波。

3、進(jìn)一步，結(jié)合模型預(yù)測控制與諧波抑制。在電流環(huán)中采用模型預(yù)測控制方法，并引入諧波抑制機(jī)制，針對電機(jī)中的諧波問題進(jìn)行抑制，減少電磁轉(zhuǎn)矩波動。

4、本發(fā)明還公開一種大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制系統(tǒng)，包括通信模塊、控制模塊和存儲模塊。所述通信模塊與電氣系統(tǒng)通信連接。所述存儲模塊中搭載有滑?？刂破骱湍Ｐ皖A(yù)測控制器。所述存儲模塊中存儲有執(zhí)行指令。所述執(zhí)行指令配置為在被控制模塊執(zhí)行時(shí)能夠執(zhí)行權(quán)利要求1或2所述的大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制方法。

5、進(jìn)一步，所述模型預(yù)測控制器基于價(jià)值函數(shù)和滾動優(yōu)化方法，實(shí)時(shí)預(yù)測和調(diào)整控制輸入，以確保系統(tǒng)在復(fù)雜工況下的最優(yōu)控制效果。

6、本發(fā)明還公開一種根據(jù)上述大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制系統(tǒng)的構(gòu)建方法，包括以下步驟：

7、1)建立電氣控制系統(tǒng)；建立包含發(fā)電機(jī)、機(jī)側(cè)整流器的電氣控制系統(tǒng)。

8、2)設(shè)計(jì)滑模控制器。基于可變系數(shù)的指數(shù)滑?？刂品椒?，設(shè)計(jì)用于發(fā)電機(jī)側(cè)整流器轉(zhuǎn)速環(huán)控制的滑?？刂破?，以提高風(fēng)電機(jī)組在風(fēng)速突變情況下的動態(tài)響應(yīng)性能?；？刂破髟谥笖?shù)趨近律的基礎(chǔ)上進(jìn)行改變，設(shè)計(jì)一種變系數(shù)的指數(shù)趨近律，其控制律為：

9、

10、其中ε>0，k>0為設(shè)計(jì)參數(shù)，x是系統(tǒng)的狀態(tài)，s是滑模面函數(shù)，通過設(shè)計(jì)特定的趨近律，使系統(tǒng)在受到外部擾動時(shí)能夠快速回到滑模面上，并維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

11、3)設(shè)計(jì)模型預(yù)測控制器。步驟3)具體包括以下子步驟：

12、3.1)預(yù)測模型的建立：將電機(jī)模型離散化，并將dq軸電流改寫為包含時(shí)間變量的形式，將控制器的控制周期記成t且其足夠小，建立電機(jī)的離散化預(yù)測模型。

13、3.2)價(jià)值函數(shù)的選擇：價(jià)值函數(shù)是模型預(yù)測控制中的約束條件，用來設(shè)定預(yù)測最優(yōu)值的判斷規(guī)則,基于所建立的電流預(yù)測模型來選擇價(jià)值函數(shù)。取兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下k時(shí)刻的預(yù)測電流和當(dāng)前時(shí)刻參考電流的差值作為評價(jià)指標(biāo)，最終價(jià)值函數(shù)如下：

14、

15、其中，表示預(yù)測電流。表示參考電流

16、3.3)滾動優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)：通過預(yù)測模型進(jìn)行滾動優(yōu)化，實(shí)時(shí)調(diào)整電流控制以減少諧波的影響。

17、4)控制器參數(shù)優(yōu)化。通過仿真平臺優(yōu)化控制器參數(shù)，確保滑?？刂破骱湍Ｐ皖A(yù)測控制器的協(xié)同作用，從而實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電機(jī)組機(jī)械系統(tǒng)的有效減振。

18、本發(fā)明還公開一種大型風(fēng)電機(jī)組，包括如上述的大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制系統(tǒng)，以及傳動系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)響應(yīng)于接收到的控制系統(tǒng)發(fā)出的調(diào)控策略指令，傳動系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的動作。大型風(fēng)電機(jī)組通過電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對傳動系統(tǒng)的主動振動抑制，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)動態(tài)工況的靈活調(diào)整和優(yōu)化控制。

19、進(jìn)一步，所述傳動系統(tǒng)包括葉輪、主軸、齒輪傳動系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)。

20、本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的：

21、a.通過設(shè)計(jì)可變系數(shù)的指數(shù)趨近律，使滑?？刂破髟谙到y(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)和穩(wěn)定性之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡。該滑?？刂品椒ㄍㄟ^精確設(shè)計(jì)滑模面和趨近律，確保風(fēng)電機(jī)組傳動鏈系統(tǒng)在受到外界擾動時(shí)，能夠迅速回到平衡狀態(tài)，減少系統(tǒng)的振動；

22、b.引入了諧波抑制機(jī)制，以應(yīng)對永磁同步發(fā)電機(jī)中由逆變器死區(qū)效應(yīng)和制造偏差引起的時(shí)間諧波和空間諧波。通過在電流環(huán)中加入諧波抑制算法，顯著降低了電磁轉(zhuǎn)矩波動，提高了風(fēng)電機(jī)組的動態(tài)響應(yīng)性能；

23、c.整個(gè)控制系統(tǒng)由滑?？刂破骱蚼pc控制器聯(lián)合構(gòu)成，滑?？刂破髦饕?fù)責(zé)系統(tǒng)的快速響應(yīng)和初步減振，而mpc控制器則進(jìn)一步精細(xì)調(diào)節(jié)，抑制諧波引起的殘余振動。兩者的有機(jī)結(jié)合，使得整個(gè)系統(tǒng)具備高動態(tài)響應(yīng)速度和強(qiáng)魯棒性。

技術(shù)特征：

1.一種大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制方法，其特征在于：建立風(fēng)電機(jī)組的電氣控制系統(tǒng)，其中在機(jī)側(cè)整流器中的轉(zhuǎn)速環(huán)采用變結(jié)構(gòu)滑?？刂?，電流環(huán)采用模型預(yù)測控制；采用滑模控制方法可以增強(qiáng)系統(tǒng)在風(fēng)速突變條件下的快速響應(yīng)能力，減少轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的超調(diào)；采用模型預(yù)測控制方法可以優(yōu)化電流環(huán)的控制，抑制系統(tǒng)中的諧波。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制方法，其特征在于：結(jié)合模型預(yù)測控制與諧波抑制；在機(jī)側(cè)整流器電流環(huán)中采用模型預(yù)測控制方法，并引入諧波抑制機(jī)制，針對電機(jī)中的諧波問題進(jìn)行抑制，減少電磁轉(zhuǎn)矩波動。

3.一種大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制系統(tǒng)，其特征在于：包括通信模塊、控制模塊和存儲模塊；所述通信模塊與電氣系統(tǒng)通信連接；所述存儲模塊中搭載有滑?？刂破骱湍Ｐ皖A(yù)測控制器；所述存儲模塊中存儲有執(zhí)行指令；所述執(zhí)行指令配置為在被控制模塊執(zhí)行時(shí)能夠執(zhí)行權(quán)利要求1或2所述的大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制方法。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述模型預(yù)測控制器基于價(jià)值函數(shù)和滾動優(yōu)化方法，實(shí)時(shí)預(yù)測和調(diào)整控制輸入，以確保系統(tǒng)在復(fù)雜工況下的最優(yōu)控制效果。

5.一種根據(jù)權(quán)利要求4所述大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.一種大型風(fēng)電機(jī)組，其特征在于：包括如權(quán)利要求3或4所述的大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制系統(tǒng)，以及傳動系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)；電氣系統(tǒng)響應(yīng)于接收到的控制系統(tǒng)發(fā)出的調(diào)控策略指令，傳動系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的動作；大型風(fēng)電機(jī)組通過電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對傳動系統(tǒng)的主動振動抑制，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)動態(tài)工況的靈活調(diào)整和優(yōu)化控制。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種大型風(fēng)電機(jī)組，其特征在于：所述傳動系統(tǒng)包括葉輪、主軸、齒輪傳動系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)。

技術(shù)總結(jié)
發(fā)明提供一種大型風(fēng)電機(jī)組減振主動控制方法。該方法通過建立風(fēng)電機(jī)組的電氣控制系統(tǒng)，其中在機(jī)側(cè)整流器中的轉(zhuǎn)速環(huán)采用變結(jié)構(gòu)滑?？刂?，電流環(huán)采用模型預(yù)測控制，將變結(jié)構(gòu)滑?？刂婆c模型預(yù)測控制相結(jié)合，建立了一個(gè)綜合的控制系統(tǒng)，以應(yīng)對風(fēng)速突變和電磁轉(zhuǎn)矩波動對風(fēng)電機(jī)組造成的振動影響。滑?？刂朴糜谠鰪?qiáng)系統(tǒng)在風(fēng)速突變條件下的快速響應(yīng)能力，減少轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的超調(diào)，而模型預(yù)測控制則優(yōu)化了電流環(huán)的控制，顯著抑制了系統(tǒng)中的諧波。與傳統(tǒng)控制方法相比，該方法的控制策略在提高動態(tài)響應(yīng)速度、減少電磁轉(zhuǎn)矩波動以及降低機(jī)械系統(tǒng)振動方面具有顯著優(yōu)勢，從而有效提升了風(fēng)電機(jī)組的整體性能和可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：魏靜,許城鳴,陳宇梁,魏海波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9