第六章 节 　变速恒频风力发电机组 《风力发电机组监测与控制》课件.pptx

风力发电机组监测与控制;第六章　变速恒频风力发电机组控制器的设计;第六章　变速恒频风力发电机组控制器的设计;第一节　控制系统的设计方法;一、风力发电机组的线性化模型;二、经典控制设计方法;二、经典控制设计方法;图6-1　典型的风力发电机组线性化模型;(一)评价指标(二)反馈校正系统(三)串联校正系统(四)查表法;(一)评价指标;(1)开环频率响应。;(2)穿越频率。;(3)闭环系统的极点位置。;(4)闭环阶跃响应。;闭环系统的频率特性同样给出了一些重要的指标，如在变桨控制器中： 1)在低频率时，从风速到叶轮转速或电磁功率的频率响应必须进行衰减，因为低频率时的风速扰动可以被控制器过滤。 2)在高频率时，从风速到桨距角的频率响应必须进行衰减，并且在一些类似于叶片穿越频率或传动系统的共振频率等关键频率处的频率响应不能过大。 3)从风速到塔架振动速度的频率特性在塔架的共振频率处不会有过大的峰值。;图6-2　反馈校正系统的结构;(二)反馈校正系统;图6-3　串联校正系统的结构;(三)串联校正系统;1.串联超前校正;2.串联滞后校正;(四)查表法;三、经典控制理论的扩展;(一)最优反馈控制器;自校正控制器通常是由一个系数的集合确定的固定阶控制器，它基于一个系统的线性化经验模型。该模型用来对传感器的测量进行预测，并将预测的误差用来对模型和反馈定律的系数进行修正。 如果成本函数被定义为状态量和控制动作的二次函数，则它与计算最优反馈规律直接相关，被定义为反馈定律，所产生的控制信号是状态变量的线性组合，并使成本函数最小化。由于这种控制器要求一个线性化(Linearization)的模型，且具有一个二次(Quadratic)形式的成本函数和高斯(Gaussin)分布，因此称为LQG控制器。 ;另一个可能性是直接作为传感器输出信号的函数来得到最优的控制信号，这被称为最优输出反馈。但这个问题的数学解是基于最优性的必要条件，而这些条件通常不是充分的。因此在实际中，所得到的解可以且经常是非最优的，甚至可能远离最优解。;图6-4　LQG控制器的结构;(二)LPV控制器;四、连续系统的离散化;四、连续系统的离散化;该系统方程为C(s)=G(s)E?(s)(6-33) E(s)=R(s)－B(s)=R(s)－G(s)H(s)E?(s)(6-34) 式(6-34)的星变换为E?(s)=R?(s)－GH?(s)E?(s)(6-35) 将式(6-35)的结果代入式(6-33)，有 C(s)=G(s)R?(s)1+GH?(s)(6-36) 式(6-36)的星变换为C?(s)=G?(s)R?(s)1+GH?(s)(6-37) 于是，可将式(6-37)改写为离散形式，即 C(z)=G(z)R(z)1+GH(z)(6-38);除上述方法外，还可以采用双线性变换法实现s到z平面的变换，其原理为以z表示s，产生z的函数，进而得到这种变换的线性近似，因s=1Tlnz(6-39) 将自然对数lnz展开成级数为lnz=2(x+13x3+15x5+…)(6-40) 式中x=1－z－11+z－1(6-41) 仅使用式(6-40)的第一项，产生双线性变换，有 s≡2T 1－z－11+z－1=2Tz－1z+1(6-42) s的表达式能够插入到一个函数中，如G(s)，它代表一个连续时间函数，将表达式有理化，就产生函数G(z)，它代表一个离散函数。;双线性变换法的一个优势是相对容易实现，相比于精确z域传递函数的响应来说，双线性变换法的z域传递函数响应的精度要好，即随频率增加，精度也增加。;第二节　控制系统的设计过程;第二节　控制系统的设计过程;在风力发电机组控制系统的研发过程中，主要用到三个软件，分别是Bladed3.72、Matlab2007a、Visual C++6.0。本节主要对Bladed软件作一介绍，Matlab2007a和Visual C++6.0可参考相应的软件手册和专业书籍。 Bladed3.72是英国Garrad Hassan and Partners Limited公司()开发的用于风力发电机组设计的专业软件，已通过GL(德国劳埃德船级社)认证，软件的计算和仿真功能十分强大。;一、工具软件的介绍;一、工具软件的介绍;一、工具软件的介绍;一、工具软件的介绍;二、使用Bladed软件的载荷计算过程;二、使用Bladed软件的载荷计算过程;二、使用Bladed软件的载荷计算过程;二、使用Bladed软件的载荷计算过程;二、使用Bladed软件的载荷计算过程;二、使用Bladed软件的载荷计算过程;二、使用Bladed软件的载荷计算过程;二、使用Bladed软件的载荷计算过程;二、使用Bladed软件的载荷计算过程;二、使用Bladed软件的载荷计算过程;二、使用Bladed软