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奇异摄动风力发电模型最大功率点跟踪的时滞控制方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2019-12-25
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2020-05-12
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2021-02-26
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2039-12-25
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201911354431.7 申请日 2019-12-25
公开/公告号 CN111022254B 公开/公告日 2021-02-26
授权日 2021-02-26 预估到期日 2039-12-25
申请年 2019年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 F03D7/04 主分类号 F03D7/04
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 1
权利要求数量 2 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 2 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 金陵科技学院 当前专利权人 金陵科技学院
发明人 张艳、余振中、王逸之、陈丽换、杨忠 第一发明人 张艳
地址 江苏省南京市江宁区弘景大道99号 邮编 211169
申请人数量 1 发明人数量 5
申请人所在省 江苏省 申请人所在市 江苏省南京市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
南京钟山专利代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
陈月菊
摘要
本发明公开了一种奇异摄动风力发电模型最大功率点跟踪的时滞控制方法,考虑风速低于额定风速的情形,采集风力发电机系统相关数据,针对变速变桨距类型的风力发电机建立非线性奇异摄动模型,针对奇异摄动风力发电模型,在多个操作点将风力发电系统模型线性化,然后采用线性变参数模型逼近风力发电系统的非线性模型,采用LPV技术和H∞时滞控制,实现风力发电系统的最大功率点跟踪的目的。本发明创建的数学模型更加贴近原物理系统,更加符合风力发电系统的机理特征,提高了建模精度,降低了建模造成的误差,大大降低了控制器的保守性和计算复杂度。
  • 摘要附图
    奇异摄动风力发电模型最大功率点跟踪的时滞控制方法
  • 说明书附图:图1
    奇异摄动风力发电模型最大功率点跟踪的时滞控制方法
  • 说明书附图:图2
    奇异摄动风力发电模型最大功率点跟踪的时滞控制方法
  • 说明书附图:图3
    奇异摄动风力发电模型最大功率点跟踪的时滞控制方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-02-26 授权
2 2020-05-12 实质审查的生效 IPC(主分类): F03D 7/04 专利申请号: 201911354431.7 申请日: 2019.12.25
3 2020-04-17 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。




1.一种奇异摄动风力发电模型最大功率点跟踪的时滞控制方法,其特征在于,所述时滞控制方法包括:


S1:考虑风速低于额定风速的情形,采集风力发电机系统相关数据,针对变速变桨距类型的风力发电机建立非线性奇异摄动模型;


S2:选择5个操作点θ
j,j=1,2,…,5,使得以操作点为顶点的集合构成一个凸包Θ,Θ=Co{θ
1
2
3
4
5},对于凸包Θ内的任何一个点θ,θ∈Θ,都存在一组非负数α
j≥0,j=1,2,…,5,使得:






S3:通过在多个操作点θ
j处将非线性奇异摄动模型线性化,获得5个线性时不变奇异摄动模型;


S4:针对5个线性时不变奇异摄动模型,结合给定的γ和每个操作点θ
j,通过求解矩阵不等式,设计得到H
鲁棒时滞控制器K
j
j),使得闭环线性时不变奇异摄动模型是鲁棒稳定的,γ是对系统传递函数的无穷范数的指标要求;


S5:在t
k时刻,测量获得θ(t
k),并且计算权重系数α
j,使得其满足:





S6:在t
k时刻,对原系统的控制器设计为:





S7:根据下述公式计算控制输入u(t
k):u(t
k)=K(θ(t
k))X(t-h),其中K(θ(t
k))为控制器增益,X(t-h)为奇异摄动模型的状态变量,t为时间,h为时滞;将计算控制输入u(t
k)应用到原非线性风力发电系统;


S8:设t
k=t
k+1,重复步骤S5-S8,以对风力发电系统进行实时控制;


步骤S1中,所述非线性奇异摄动模型为:

















其中,ω
r(t)为风轮转速,i代表变速箱减速比,η表示变速箱效率,J
r是风机惯性力矩,T
r为空气动态力矩,ω
g(t)为电机转速,J
g为电机惯性力矩,T
H(t)为高速轴转矩,T
g(t)为发电机的电磁转矩,K
g为高速传动轴的刚性系数,B
g是高速传动轴的阻尼系数,ε=0.01为奇异摄动参数,i
d(t)、L
d、u
d(t)和i
q(t)、L
q、u
q(t)分别为d轴和q轴分量的定子电流、电感和电压,R
s为定子的电阻,
p为极对数个数,φ
m是磁通量;空气动态力矩T
r的动态特征描述为
其中ρ是空气密度,V(t)为风速,R为风机平面半径,功率系数C
Q(λ)是由叶尖速比λ(t)的二次多项式逼近的:


C
Q(λ)=C
Qmax-k
Q(λ(t)-λ
Qmax)
2,C
Qmax是最大力矩系数,λ
Qmax表示对应最大力矩系数的叶尖速比,k
Q为逼近系数;叶尖速比λ(t)定义为:
发电机的电磁转矩T
g(t)为T
g(t)=pφ
mi
q(t);


步骤S2中,所述5个操作点θ
j表示为:



步骤S3中,所述通过在多个操作点θ
j处将非线性奇异摄动模型线性化,获得5个线性时不变奇异摄动模型包括以下步骤:


S31:在操作点
处,计算对应的发电机的电磁转矩
和空气动态力矩
从而计算得到操作点θ
j对应的



S32:令
δV(t)=V(t)-V
j


将非线性奇异摄动模型线性化,可得:





其中δV(t)被当作扰动,系数矩阵如下:








式中,B
gq
j)、B
qg
j)、B
gd
j)、B
dg
j)、B
r
j)、K
rv
j)是θ
j的仿射函数,





S33:得到线性变参数奇异摄动模型:


S331:标记
z(t)=[δi
d(t) δi
q(t)]
T,u(t)=[δu
d(t) δu
q(t)]
T,那么





其中
B(θ
j)=[B
1
j) B
2];


S332:设对于任意θ∈Θ,都存在一组正数α
j>0,j=1,2,…5使得:





则在任意操作点θ∈Θ,将线性变参数奇异摄动模型变换为:








步骤S4中,所述针对5个线性时不变奇异摄动模型,结合给定的γ和每个操作点θ
j,通过求解矩阵不等式,设计得到H
鲁棒时滞控制器K
j
j),使得闭环线性时不变奇异摄动模型是鲁棒稳定的过程包括以下步骤:


S41:针对给定的γ和操作点θ
j,j=1,2,…5,设计H
鲁棒时滞控制器为:
将之代入线性变参数奇异摄动模型,可得





其中,



S42:设矩阵不等式条件和证明过程中系数矩阵A(θ
j)被简记为A;


对于已知ε>0,h>0,若存在5×5维矩阵P
ε,使得E
εP
ε>0成立,2×2维矩阵Q,2×2维矩阵R
1>0,2×2维矩阵R
2>0和5×5维矩阵H使得下述矩阵不等式成立,则确定闭环线性时不变奇异摄动模型是鲁棒稳定的,控制器的增益系数为
其中

的广义逆矩阵:





其中:













2.根据权利要求1所述的奇异摄动风力发电模型最大功率点跟踪的时滞控制方法,其特征在于,所述风力发电机系统相关数据包括变速箱减速比、变速箱效率、风机惯性力矩、电机惯性力矩、发电机的电磁转矩、高速传动轴的刚性系数、高速传动轴的阻尼系数、定子的电阻、d轴和q轴分量的定子电感、极对数个数、磁通量。


说明书
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