本发明属于变速风力发电控制领域，尤其涉及一种不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法。
背景技术：
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
由于传统hcs算法对风速的快速变化不敏感，可能导致搜索方向存在错误。传统的pi控制结构采用叶尖速的方法来实现对风速的跟踪，但是对于非线性系统，传统控制方法控制效果不太理想，特别是永磁同步发电机pmsg由于受到长时间的高风速、高负荷的运行影响和温度的影响，发电机内部的物理参数，如发电机电阻rs、电感ls和磁链ψpm均会受到不同程度的影响而改变其值，所以很有必要针对此发电机模型参数不确定性的控制问题展开研究。
发明人发现，目前的风力发电机组的最大功率跟踪控制方法不适用于不确定且干扰信号未知的变速风力发电领域，进而无法保障风速不确定且干扰信号未知的风力发电机组的稳定运行。
技术实现要素：
为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法，其尽可能大的降低扰动对系统的影响，提高变速风力发电机组的最大功率控制效率及运行稳定性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种不确定风力发电机系统的最大功率跟踪模糊控制方法。
一种不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法，其包括：
获取风力发电机的定子电压和电流并结合风力发电机相关参数，构建具有不确定性和扰动及噪声干扰的风力发电机模型；
根据t-s模糊线性化法则，将所述风力发电机模型线性化处理，再进行无穷范数闭环控制最大功率追踪；
基于带干扰估计系统模型，综合考虑最大功率跟踪误差和干扰误差，通过构造李雅普诺夫方程求取相关控制参数，以对风力发电机组进行最大功率跟踪模糊控制。
本发明的第二个方面提供一种不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制系统。
一种不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制系统，其包括：
模型构建模块，其用于获取风力发电机的定子电压和电流并结合风力发电机相关参数，构建具有不确定性和扰动及噪声干扰的风力发电机模型；
模糊线性化模块，其用于根据t-s模糊线性化法则，将所述风力发电机模型线性化处理，再进行无穷范数闭环控制最大功率追踪；
控制参数计算模块，其用于基于带干扰估计系统模型，综合考虑最大功率跟踪误差和干扰误差，通过构造李雅普诺夫方程求取相关控制参数，以对风力发电机组进行最大功率跟踪模糊控制。
本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法中的步骤。
本发明的第四个方面提供一种计算机设备。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明适用于具有不确定参数和扰动下的变速风力发电系统的稳定运行问题和跟踪最大功率问题以及尽可能大的降低扰动对系统的影响，针对不确定参数系统及未知干扰信号进行了有效控制，并取得了非常稳定的控制效果。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法原理图；
图2是本发明实施例的风速仿真图；
图3是本发明实施例的风机功率因子仿真图；
图4是本发明实施例的转子速度参考值与本案控制结果比较仿真图；
图5是本发明实施例的q轴电流仿真图；
图6是本发明实施例的d轴电流仿真图；
图7是本发明实施例的估计的扭矩与实际扭矩比较仿真图；
图8是本发明实施例的输出功率。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
根据图1，本实施例的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法，其包括：
s101：获取风力发电机的定子电压和电流并结合风力发电机相关参数，构建具有不确定性和扰动及噪声干扰的风力发电机模型。
在本实施例中，风力发电机相关参数包括定子电阻、机电侧转速、极对数、电感、电磁转矩和永磁体磁链。
在具体实施中，基于风力发电机的定子电压和电流及风力发电机相关参数，构建风力发电机初始模型：
其中：vd，vq，id，iq是d-q轴上的定子电压和电流，rs是定子电阻，ωe＝pnωm为机电侧转速，pn为极对数，ld，lq为发电机在d-q轴上的电感，tem为电磁转矩，ψm为永磁体磁链。
整理可得：
x：＝[wmiqid]t，u：＝[vqvd]t，
其中，j是转动惯量，f是粘性摩擦系数。
考虑风力机组存在的各种不确定性和扰动及噪声干扰，将风力发电机初始模型更新，构建具有不确定性和扰动及噪声干扰的风力发电机模型。
其中：δa(x),δb代表系统中不确定部分，是满足以下条件的时变不确定矩阵。c为常系数矩阵。
不确定度的范围如下：
其中，
s102：根据t-s模糊线性化法则，将所述风力发电机模型线性化处理，再进行无穷范数闭环控制最大功率追踪。
具体地，此步骤是利用中心平均去模糊化、乘积推理，将非线性系统近似于线性化表示，其全局微分方程可被推断为：假设电机转速ωm作用范围的区域为：
其中：
hi(z(t))为标准化的隶属函数，在此控制方法中，r为常系数，r取2；
h2(z(t))＝1-h1(z(t))
控制信号目的是为了将不能达到收敛稳定的开环系统通过加以闭环控制的方式达到稳定。确定控制信号u(t)为：
其中，ki为闭环放大矩阵。
估计tm信号：
其中，aδ，cδ为已知矩阵，t为未知的干扰信号，d为干扰信号。
s103：基于带干扰估计系统模型，综合考虑最大功率跟踪误差和干扰误差，通过构造李雅普诺夫方程求取相关控制参数，以对风力发电机组进行最大功率跟踪模糊控制。
在本实施例中，带干扰估计的系统模型
其中，
追踪误差
其中xd(t)为期望变量，期待的结果是：x(t)-xd(t)→0whent→∞。ωm，ref为参数转速。ωmd、iqd、idd分别为期望转速、期望q轴上的电流以及期望d轴上的电流。
追踪误差的微分形式如下：
干扰估计误差
对其进行微分，可得下式：
针对上述两种误差进行合并，可得增广项
构造李雅普诺夫普方程：v(xa(t))＝xa(t)tpxa(t)；
对其微分，得出保证
本实施例还根据风速大小，将控制风力发电机组的工作区域分为整机待风区、功率跃升区、功率缓冲区、功率控制区和顺桨停机保护区。
为了验证上述设计的控制方法的效果，在计算机中用matlab进行了仿真，针对的控制对象是1.8mw的风力发电机仿真模型，在可变风工作环境下进行了实验，发现实验效果非常理想。下面列出了仿真参数列表1：
表1仿真参数
风为可变风，风速范围为：
v＝2cos(30*(t-2)) 6-4*sin((1/3)*t 0.5*sin(7*t) 0.7*cos(11*t)) 9*sinc(0.1*(t-10))；相应仿真图如图2所示：
本控制策略能够很好的实现风力发电机组稳定工作，针对最大功率实现有效跟踪，工作期间主要分为一下几个区域：
当风速
在零和最优值之间会跟随风况及功率情况发生改变，此阶段属于功率跃升区，浆距角θ＝0°，不需要对系统进行控制，但是需要对其进行功率监控；
当风速v∈(0.95vref，vref)和v∈(vref，1.05vref)，此阶段属于功率缓冲区，浆距角控制开始处于启动状态，cp<＝0.81，浆距角θ≠0°。
当风速v∈(1.05vref，vcut-of)，此阶段属于功率控制区，主要通过浆距角打开，控制cp，风速越大，cp越小，目的是保证输出功率p＝pref；
当风速v＞vcut-of，为保护风力发电机组得安全，此阶段属于顺桨停机保护区。
其中，
图4是本发明实施例的转子速度参考值与本案控制结果比较仿真图；q轴电流仿真和d轴电流仿真，如图5和图6所示。图7是本发明实施例的估计的扭矩与实际扭矩比较仿真图；图8是本发明实施例的输出功率。本实施例适用于具有不确定参数和扰动下的变速风力发电系统的稳定运行问题和跟踪最大功率问题以及尽可能大的降低扰动对系统的影响，针对不确定参数系统及未知干扰信号进行了有效控制，并取得了非常稳定的控制效果。
实施例二
本实施例提供了一种不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制系统，其包括：
模型构建模块，其用于获取风力发电机的定子电压和电流并结合风力发电机相关参数，构建具有不确定性和扰动及噪声干扰的风力发电机模型；
模糊线性化模块，其用于根据t-s模糊线性化法则，将所述风力发电机模型线性化处理，再进行无穷范数闭环控制最大功率追踪；
控制参数计算模块，其用于基于带干扰估计系统模型，综合考虑最大功率跟踪误差和干扰误差，通过构造李雅普诺夫方程求取相关控制参数，以对风力发电机组进行最大功率跟踪模糊控制。
本实施例的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制系统中的各个模块，其实施例一所述的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法中的各个步骤一一对应，此处不再累述。
实施例三
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例一所述的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法中的步骤。
实施例四
本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例一所述的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法，其特征在于，包括：
获取风力发电机的定子电压和电流并结合风力发电机相关参数，构建具有不确定性和扰动及噪声干扰的风力发电机模型；
根据t-s模糊线性化法则，将所述风力发电机模型线性化处理，再进行无穷范数闭环控制最大功率追踪；
基于带干扰估计系统模型，综合考虑最大功率跟踪误差和干扰误差，通过构造李雅普诺夫方程求取相关控制参数，以对风力发电机组进行最大功率跟踪模糊控制。
2.如权利要求1所述的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法，其特征在于，所述风力发电机相关参数包括定子电阻、机电侧转速、极对数、电感、电磁转矩和永磁体磁链。
3.如权利要求1所述的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法，其特征在于，在所述风力发电机模型中，不确定性部分采用有界的时变不确定矩阵表示。
4.如权利要求1所述的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法，其特征在于，干扰误差为未知的干扰信号与系统的内部状态之差。
5.如权利要求1所述的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法，其特征在于，在构造李雅普诺夫方程之前，还包括：将最大功率跟踪误差和干扰误差合并为一个增广误差。
6.如权利要求1所述的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法，其特征在于，通过构造李雅普诺夫方程求取的相关控制参数包括闭环放大矩阵及带干扰估计系统模型的增益矩阵。
7.如权利要求1所述的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法，其特征在于，根据风速大小，将控制风力发电机组的工作区域分为整机待风区、功率跃升区、功率缓冲区、功率控制区和顺桨停机保护区。
8.一种不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制系统，其特征在于，包括：
模型构建模块，其用于获取风力发电机的定子电压和电流并结合风力发电机相关参数，构建具有不确定性和扰动及噪声干扰的风力发电机模型；
模糊线性化模块，其用于根据t-s模糊线性化法则，将所述风力发电机模型线性化处理，再进行无穷范数闭环控制最大功率追踪；
控制参数计算模块，其用于基于带干扰估计系统模型，综合考虑最大功率跟踪误差和干扰误差，通过构造李雅普诺夫方程求取相关控制参数，以对风力发电机组进行最大功率跟踪模糊控制。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法中的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的不确定风力发电机组的最大功率跟踪模糊控制方法中的步骤。
技术总结