本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)備運(yùn)行控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及涉及風(fēng)電機(jī)組全工況運(yùn)行的優(yōu)化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為一種風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)器及控制器。版權(quán)申明本專(zhuān)利文件披露的內(nèi)容包含受版權(quán)保護(hù)的材料。該版權(quán)為版權(quán)所有人所有。版權(quán)所有人不反對(duì)任何人復(fù)制專(zhuān)利與商標(biāo)局的官方記錄和檔案中所存在的該專(zhuān)利文件或者該專(zhuān)利披露。
背景技術(shù)：
：能源問(wèn)題是當(dāng)今世界發(fā)展面臨的主要問(wèn)題之一，隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭和環(huán)境問(wèn)題的深入人心，新型能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能受到了越來(lái)越多的關(guān)注，其中，風(fēng)能具有無(wú)污染、蘊(yùn)藏量豐富等特點(diǎn)，是一種重要的可再生能源。風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能利用的主要形式，2016年全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量超過(guò)54.6gw，全球累計(jì)容量達(dá)到486.7gw，其中，我國(guó)以23.4gw的新增裝機(jī)容量位列全球第一。大力發(fā)展風(fēng)電技術(shù)已經(jīng)成為全球眾多國(guó)家解決能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題的重要手段。控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，良好的控制技術(shù)不僅能提高發(fā)電質(zhì)量，同時(shí)也能緩和機(jī)組負(fù)荷，延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命，進(jìn)而提高風(fēng)電在新能源中的競(jìng)爭(zhēng)力。風(fēng)電機(jī)組本質(zhì)上是一個(gè)多輸入多輸出帶約束的非線性系統(tǒng)，傳統(tǒng)pid控制難以獲得最優(yōu)的控制效果，迫切需要更加先進(jìn)控制方法提高風(fēng)電機(jī)組的控制效果。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的公開(kāi)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，solimanm,malikop,westwickdt.multiplemodelpredictivecontrolforwindturbineswithdoublyfedinductiongenerators.ieeetransactionsonsustainableenergy,2011,2(3):215-225.(具有雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組多模型預(yù)測(cè)控制，國(guó)際期刊：ieee期刊，可持續(xù)能源，2011,2(3):215–225)，雖然作者將多模型預(yù)測(cè)控制算法用于風(fēng)電機(jī)組的全工況控制，形成了保約束的風(fēng)電機(jī)組模型預(yù)測(cè)控制方法，但作者缺乏對(duì)線性模型集建立方法的研究，在實(shí)際運(yùn)行中，模型集的完備性和低冗余性將會(huì)對(duì)多模型預(yù)測(cè)控制算法的性能產(chǎn)生重要影響。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述的以及其他潛在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)器及控制器，用于風(fēng)電機(jī)組在全工況范圍內(nèi)的有效控制。本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法，所述風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法包括：獲取風(fēng)機(jī)在各風(fēng)速點(diǎn)的線性化模型并根據(jù)間隙度量獲取各風(fēng)速點(diǎn)的線性化模型之間的動(dòng)態(tài)差異；根據(jù)所述動(dòng)態(tài)差異劃分風(fēng)速區(qū)間并建立所述風(fēng)速區(qū)間的由對(duì)應(yīng)風(fēng)速的線性化模型形成的線性化模型集；根據(jù)所述風(fēng)速區(qū)間的線性化模型集獲取每個(gè)風(fēng)速區(qū)間用于風(fēng)機(jī)控制的預(yù)測(cè)控制器的最優(yōu)控制輸入；根據(jù)各線性化模型間的切換規(guī)則調(diào)用相應(yīng)的預(yù)測(cè)控制器獲取實(shí)時(shí)最優(yōu)控制輸入。于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述線性化模型為：其中，為下一時(shí)刻狀態(tài)向量，為狀態(tài)向量，為輸入向量，為輸出向量，β為槳距角，ωt為槳葉轉(zhuǎn)速，ttw為傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)力矩，ωg為電機(jī)轉(zhuǎn)速，tg為電機(jī)轉(zhuǎn)矩，β*和分別為槳距角和電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定值，p為風(fēng)機(jī)系統(tǒng)輸出功率；ai，bi，ci為系數(shù)矩陣，(xi,ui,vi)中(xi,ui)為風(fēng)速vi對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)平衡點(diǎn)；fw為系統(tǒng)狀態(tài)方程，即x為系統(tǒng)狀態(tài)，u為系統(tǒng)輸入，v為風(fēng)機(jī)所受風(fēng)速，gw為系統(tǒng)輸出方程，即y＝gw(x)，y為系統(tǒng)輸出。于本發(fā)明的一實(shí)施例中，根據(jù)下式獲取所述動(dòng)態(tài)差異為：θ(i,j)＝gap(γi,γj),i≠j；其中，θ(i,j)為風(fēng)機(jī)在風(fēng)速點(diǎn)vi,vj處線性化模型γi,γj之間的間隙度量，gap(γi,γj)表示對(duì)線性化模型γi,γj求取間隙度量，θ(i,j)取值范圍為[0,1]。于本發(fā)明的一實(shí)施例中，根據(jù)所述風(fēng)速區(qū)間的線性化模型集獲取每個(gè)風(fēng)速區(qū)間用于風(fēng)機(jī)控制的預(yù)測(cè)控制器的最優(yōu)控制輸入具體包括：構(gòu)建優(yōu)化控制的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，確立約束條件，將所述目標(biāo)函數(shù)在約束條件下求解，獲得用于風(fēng)機(jī)局部控制的當(dāng)前時(shí)刻的控制輸入的最優(yōu)控制序列，選取所述最優(yōu)控制序列的第一個(gè)元素作為最優(yōu)控制輸入。于本發(fā)明的一實(shí)施例中，利用基于線性矩陣不等式的魯棒預(yù)測(cè)控制算法求解在所述約束條件下的所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：所述約束條件滿足如下所示的輸入變量，狀態(tài)變量：其中，j(k)為k時(shí)刻優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，為k+j時(shí)刻系統(tǒng)輸入，為k+j時(shí)刻系統(tǒng)狀態(tài)，為k+j時(shí)刻第r維系統(tǒng)輸入，為k+j時(shí)刻第r維系統(tǒng)狀態(tài)，為k+j時(shí)刻第r維系統(tǒng)輸出，分別為對(duì)應(yīng)維數(shù)的輸入、狀態(tài)、輸出變量上界，j，k，r分別為預(yù)測(cè)時(shí)刻變量，當(dāng)前時(shí)刻變量，維數(shù)變量，q和r均為正定權(quán)矩陣，nu，nx和ny分別為輸入總維數(shù)，狀態(tài)總維數(shù)以及輸出總維數(shù)。于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述當(dāng)前時(shí)刻的控制輸入為：f(k)＝y(tǒng)t(k)×qt(k)-1；其中，u(k)為當(dāng)前時(shí)刻系統(tǒng)輸入，f(k)為當(dāng)前時(shí)刻反饋系數(shù)，為當(dāng)前時(shí)刻系統(tǒng)變量，ui為當(dāng)前線性模型對(duì)應(yīng)平衡點(diǎn)的輸入，yt(k)，qt(k)為基于線性矩陣不等式的魯棒預(yù)測(cè)控制算法所求取的當(dāng)前時(shí)刻反饋參數(shù)。本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)，所述風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)包括：線性化模型模塊，用于獲取風(fēng)機(jī)在各風(fēng)速點(diǎn)的線性化模型；動(dòng)態(tài)差異模塊，用于根據(jù)間隙度量獲取各風(fēng)速點(diǎn)的線性化模型之間的動(dòng)態(tài)差異；線性化模型集模塊，用于根據(jù)所述動(dòng)態(tài)差異劃分風(fēng)速區(qū)間并建立所述風(fēng)速區(qū)間的由對(duì)應(yīng)風(fēng)速的線性化模型形成的線性化模型集；預(yù)測(cè)控制器模塊，用于根據(jù)所述風(fēng)速區(qū)間的線性化模型集獲取每個(gè)風(fēng)速區(qū)間用于風(fēng)機(jī)控制的預(yù)測(cè)控制器的最優(yōu)控制輸入；多模型預(yù)測(cè)模塊，用于根據(jù)各線性化模型間的切換規(guī)則調(diào)用相應(yīng)的預(yù)測(cè)控制器獲取實(shí)時(shí)最優(yōu)控制輸入。于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述線性化模型為：其中，為下一時(shí)刻狀態(tài)向量，為狀態(tài)向量，為輸入向量，為輸出向量，β為槳距角，ωt為槳葉轉(zhuǎn)速，ttw為傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)力矩，ωg為電機(jī)轉(zhuǎn)速，tg為電機(jī)轉(zhuǎn)矩，β*和分別為槳距角和電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定值，p為風(fēng)機(jī)系統(tǒng)輸出功率；ai，bi，ci為系數(shù)矩陣，(xi,ui,vi)中(xi,ui)為風(fēng)速vi對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)平衡點(diǎn)；fw為系統(tǒng)狀態(tài)方程，即x為系統(tǒng)狀態(tài)，u為系統(tǒng)輸入，v為風(fēng)機(jī)所受風(fēng)速，gw為系統(tǒng)輸出方程，即y＝gw(x)；根據(jù)下式獲取所述動(dòng)態(tài)差異為：θ(i,j)＝gap(γi,γj),i≠j；其中，θ(i,j)為風(fēng)機(jī)在風(fēng)速點(diǎn)vi,vj處線性化模型γi,γj之間的間隙度量，gap(γi,γj)表示對(duì)線性化模型γi,γj求取間隙度量，θ(i,j)取值范圍為[0,1]。本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種控制器，包括處理器和存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有程序指令，所述處理器運(yùn)行所述程序指令以實(shí)現(xiàn)如上所述方法中的步驟。本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種存儲(chǔ)器，其上存儲(chǔ)有機(jī)器可讀程序指令，該所述機(jī)器可讀程序指令運(yùn)行時(shí)執(zhí)行如上所述的方法。如上所述，本發(fā)明的風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)器及控制器具有以下有益效果：本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的全工況控制，特別是根據(jù)間隙度量建立了完備、低冗余的線性模型集，從而提高了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的多模型預(yù)測(cè)控制效果，該方法適用于獨(dú)立式、分布式或并網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組的全工況控制。附圖說(shuō)明為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1顯示為本發(fā)明的風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法的流程框圖。圖2顯示為本發(fā)明的風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法中應(yīng)用的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖3顯示為本發(fā)明的風(fēng)機(jī)健康評(píng)估方法中機(jī)系統(tǒng)理想功率曲線圖。圖4顯示為本發(fā)明的風(fēng)機(jī)健康評(píng)估系統(tǒng)的原理框圖。圖5顯示為本發(fā)明的風(fēng)機(jī)健康評(píng)估方法中的控制策略圖。圖6和圖7顯示為本發(fā)明的風(fēng)機(jī)健康評(píng)估方法中的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)不同工作區(qū)域內(nèi)線性模型的間隙度量圖。圖8和圖9顯示為本發(fā)明的風(fēng)機(jī)健康評(píng)估方法在部分負(fù)荷區(qū)域內(nèi)風(fēng)速及對(duì)應(yīng)風(fēng)能利用系數(shù)的控制效果圖。圖10和圖11顯示為本發(fā)明的風(fēng)機(jī)健康評(píng)估方法在完全負(fù)荷區(qū)域(中高風(fēng)速)內(nèi)風(fēng)速及對(duì)應(yīng)輸出功率的控制效果圖。圖12和圖13顯示為本發(fā)明的風(fēng)機(jī)健康評(píng)估方法在完全負(fù)荷區(qū)域(高風(fēng)速)內(nèi)風(fēng)速及對(duì)應(yīng)輸出功率的控制效果圖。元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明100風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)110線性化模型模塊120動(dòng)態(tài)差異模塊130線性化模型集模塊140預(yù)測(cè)控制器模塊150多模型預(yù)測(cè)模塊s110～s140步驟具體實(shí)施方式以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，以下實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。請(qǐng)參閱圖1至圖13。須知，本說(shuō)明書(shū)所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說(shuō)明書(shū)所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。本實(shí)施例的目的在于提供一種風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)器及控制器，用于風(fēng)電機(jī)組在全工況范圍內(nèi)的有效控制。以下將詳細(xì)闡述本發(fā)明的風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)器及控制器的原理及實(shí)施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要?jiǎng)?chuàng)造性勞動(dòng)即可理解本發(fā)明的風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)器及控制器。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明充分考慮風(fēng)機(jī)系統(tǒng)所具有的非線性，大工況，強(qiáng)約束等特點(diǎn)，給出了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模型的線性化方法，基于間隙度量量化分析了系統(tǒng)在不同風(fēng)速點(diǎn)線性化模型的動(dòng)態(tài)差異，給出了不同工作區(qū)域風(fēng)速區(qū)間的劃分方法，建立了近似風(fēng)機(jī)系統(tǒng)全工況的線性模型集，定義了各線性子模型的優(yōu)化控制目標(biāo)函數(shù)和約束條件，利用基于線性矩陣不等式的魯棒預(yù)測(cè)控制算法求解得出各子模型的控制律，最后通過(guò)定義子模型間切換規(guī)則給出了系統(tǒng)的全局控制輸入。具體包括利用間隙度量衡量風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在各風(fēng)速點(diǎn)線性化模型的動(dòng)態(tài)差異、設(shè)計(jì)風(fēng)速區(qū)間劃分算法，建立近似風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的線性模型集、設(shè)計(jì)線性模型預(yù)測(cè)控制器、定義子模型切換規(guī)則，設(shè)計(jì)全局控制器四個(gè)步驟，其中利用間隙度量衡量風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在各風(fēng)速點(diǎn)線性化模型的動(dòng)態(tài)差異，設(shè)計(jì)風(fēng)速區(qū)間劃分算法，建立近似風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的線性模型集是本發(fā)明的創(chuàng)新之處。具體地，如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法，所述風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法包括以下步驟：s110，獲取風(fēng)機(jī)在各風(fēng)速點(diǎn)的線性化模型并根據(jù)間隙度量獲取各風(fēng)速點(diǎn)的線性化模型之間的動(dòng)態(tài)差異。s120，根據(jù)所述動(dòng)態(tài)差異劃分風(fēng)速區(qū)間并建立所述風(fēng)速區(qū)間的由對(duì)應(yīng)風(fēng)速的線性化模型形成的線性化模型集。s130，根據(jù)所述風(fēng)速區(qū)間的線性化模型集獲取每個(gè)風(fēng)速區(qū)間用于風(fēng)機(jī)控制的預(yù)測(cè)控制器的最優(yōu)控制輸入。s140，根據(jù)各線性化模型間的切換規(guī)則調(diào)用相應(yīng)的預(yù)測(cè)控制器獲取實(shí)時(shí)最優(yōu)控制輸入。以下對(duì)所述風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法中的步驟s110至步驟s140進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。s110，獲取風(fēng)機(jī)在各風(fēng)速點(diǎn)的線性化模型并根據(jù)間隙度量獲取各風(fēng)速點(diǎn)的線性化模型之間的動(dòng)態(tài)差異。即利用間隙度量衡量風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在各風(fēng)速點(diǎn)線性化模型的動(dòng)態(tài)差異。首先計(jì)算獲取風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在各風(fēng)速vi處的線性化模型γi。請(qǐng)參閱圖2，顯示為本發(fā)明的風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法中風(fēng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。根據(jù)對(duì)風(fēng)機(jī)各子系統(tǒng)進(jìn)行建模，得到風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如下：其中，各參數(shù)的物理意義見(jiàn)表1。表1參數(shù)物理意義表變量物理意義變量物理意義v風(fēng)速jg電機(jī)慣性系數(shù)β槳距角ttw傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩τ槳葉時(shí)間常數(shù)ωt風(fēng)輪轉(zhuǎn)速ρ空氣密度ωg發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r風(fēng)輪半徑tg電機(jī)轉(zhuǎn)矩τg電機(jī)時(shí)間常數(shù)ks等效傳動(dòng)軸剛性系數(shù)i齒輪變速比bs等效傳動(dòng)軸阻尼系數(shù)jt風(fēng)輪慣性系數(shù)η發(fā)電效率定義系統(tǒng)輸出為其中p＝ηtgωg，為風(fēng)機(jī)輸出功率。結(jié)合上述分析，可將風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型寫(xiě)成如下形式：計(jì)算風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在各風(fēng)速vi處的線性化模型γi：其中，為下一時(shí)刻狀態(tài)向量，為狀態(tài)向量，為輸入向量，為輸出向量，β為槳距角，ωt為槳葉轉(zhuǎn)速，ttw為傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)力矩，ωg為電機(jī)轉(zhuǎn)速，tg為電機(jī)轉(zhuǎn)矩，β*和分別為槳距角和電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定值，p為風(fēng)機(jī)系統(tǒng)輸出功率；p＝ηtgωgai，bi，ci為系數(shù)矩陣，(xi,ui,vi)中(xi,ui)為風(fēng)速vi對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)平衡點(diǎn)；fw為系統(tǒng)狀態(tài)方程，即x為系統(tǒng)狀態(tài)，u為系統(tǒng)輸入，v為風(fēng)機(jī)所受風(fēng)速，gw為系統(tǒng)輸出方程，即y＝gw(x)，y為系統(tǒng)輸出。于本一實(shí)施例中，根據(jù)上述所獲得的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)線性化模型，利用間隙度量計(jì)算各風(fēng)速處風(fēng)機(jī)系統(tǒng)線性化模型的動(dòng)態(tài)差異：θ(i,j)＝gap(γi,γj),i≠j；其中，θ(i,j)為風(fēng)機(jī)在風(fēng)速點(diǎn)vi,vj處線性化模型γi,γj之間的間隙度量，gap(γi,γj)表示對(duì)線性化模型γi,γj求取間隙度量，θ(i,j)取值范圍為[0,1]。其中g(shù)ap(γi,γj)運(yùn)算表示計(jì)算兩線性模型間的間隙度量，可通過(guò)調(diào)用matlab魯棒預(yù)測(cè)控制工具箱的“gap”指令求取，θ(i,j)取值范圍為[0,1]。根據(jù)所獲間隙度量值，分析各線性化模型間的動(dòng)態(tài)差異，當(dāng)θ(i,j)≤τ，τ為間隙度量閾值(經(jīng)驗(yàn)值為0.4≤τ≤0.6)，表示兩線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)差異小，兩者可由同一反饋控制器控制，從而可由一個(gè)線性模型表示。請(qǐng)參閱圖3，顯示為風(fēng)機(jī)系統(tǒng)理想功率曲線圖。一般地，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)按風(fēng)速大小分為兩個(gè)工作區(qū)域。區(qū)域i稱(chēng)為部分負(fù)荷區(qū)域，其風(fēng)速介于切入風(fēng)速與額定風(fēng)速之間，該區(qū)域主要通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速以獲得最大的風(fēng)能利用系數(shù)；區(qū)域ⅱ稱(chēng)為完全負(fù)荷區(qū)域，其風(fēng)速介于額定風(fēng)速與切出風(fēng)速之間，該區(qū)域主要通過(guò)控制槳距角調(diào)節(jié)輸出功率。對(duì)于不同的工作區(qū)域(部分負(fù)荷區(qū)域和完全負(fù)荷區(qū)域)，以一定的間隔選取風(fēng)速點(diǎn)，計(jì)算各線性化模型間的間隙度量：和其中：n1，n2分別為部分負(fù)荷區(qū)域和完全負(fù)荷區(qū)域選取的風(fēng)速點(diǎn)個(gè)數(shù)。方法如下：1)在指定風(fēng)速區(qū)域中選取若干風(fēng)速點(diǎn)vi,i＝1,2,...,n，計(jì)算風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在上述風(fēng)速點(diǎn)的線性化模型γi,i＝1,2,...,n。2)計(jì)算所獲線性模型間的間隙度量θ(i,j)＝gap(γi,γj),i,j＝1,2,...,n。s120，根據(jù)所述動(dòng)態(tài)差異劃分風(fēng)速區(qū)間并建立所述風(fēng)速區(qū)間的由對(duì)應(yīng)風(fēng)速的線性化模型形成的線性化模型集。基于所獲的間隙度量值，分析各區(qū)域內(nèi)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)線性化模型的動(dòng)態(tài)差異，選取一定的間隙度量閾值τ，劃分各風(fēng)速區(qū)間，在劃分的風(fēng)速區(qū)間vi,i＝1,2,...,m內(nèi)，計(jì)算風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的線性化模型γi,i＝1,2,...,m，其中m為劃分所得的風(fēng)速區(qū)間個(gè)數(shù)，建立近似風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的線性模型集。當(dāng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)線性化模型間動(dòng)態(tài)差異隨風(fēng)速差異的增加而增加時(shí)，可由如下方法劃分風(fēng)速區(qū)間并構(gòu)建線性模型集：1)設(shè)置間隙度量閾值τ＝0.47，迭代總步數(shù)k＝50,100...，初始化風(fēng)速區(qū)間個(gè)數(shù)m＝1。2)在待劃分風(fēng)速區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)初始化中心風(fēng)速點(diǎn)vi(i＝1,2,...,m)，設(shè)置風(fēng)速區(qū)間及對(duì)應(yīng)間隙度量集合vi＝{vi},gapi＝{},i＝1,2,...,m，并設(shè)置當(dāng)前迭代步數(shù)j＝0。3)比較風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在各風(fēng)速點(diǎn)vk(k＝1,2,...,n)線性化模型與各中心風(fēng)速點(diǎn)線性化模型間的間隙度量。選取間隙度量最小的中心風(fēng)速點(diǎn)，將各風(fēng)速點(diǎn)歸入對(duì)應(yīng)風(fēng)速區(qū)間集合，并更新相應(yīng)間隙度量集合。4)更新中心風(fēng)速點(diǎn)為各風(fēng)速區(qū)間內(nèi)風(fēng)速的平均值，令j＝j(luò)+1。5)若j＜k，返回3)。6)若每個(gè)風(fēng)速區(qū)間對(duì)應(yīng)的間隙度量集合的元素最大值滿足：max(gapi)≤τ，跳往7)；否則設(shè)置m＝m+1，返回2)。7)對(duì)于每個(gè)風(fēng)速區(qū)間vi，在中心風(fēng)速點(diǎn)對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行線性化，得到對(duì)應(yīng)線性模型集γi,i＝1,2,...,m。當(dāng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)線性化模型間動(dòng)態(tài)差異不隨風(fēng)速差異的增加而增加時(shí)，可由如下方法劃分風(fēng)速區(qū)間并構(gòu)建線性模型集：1)設(shè)置間隙度量閾值τ＝0.47，初始化i＝1,ki＝1，其中i為風(fēng)速區(qū)間的序號(hào)。2)初始化風(fēng)速區(qū)間及對(duì)應(yīng)間隙度量集合中心風(fēng)速3)判斷是否滿足閾值要求，若滿足，更新風(fēng)速區(qū)間中心風(fēng)速更新為跳往4)，若不滿足，更新對(duì)應(yīng)間隙度量集合gapi＝{θ2(vi,p)},p∈vi，跳往5)。4)設(shè)置ki＝ki+1，返回3)。5)若ki＝n，令m＝i，跳往6)，否則設(shè)置i＝i+1,ki＝ki-1，返回2)。6)對(duì)于每個(gè)風(fēng)速區(qū)間vi，在中心風(fēng)速點(diǎn)對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行線性化，得到對(duì)應(yīng)線性模型集γi,i＝1,2,...,m。s130，根據(jù)所述風(fēng)速區(qū)間的線性化模型集獲取每個(gè)風(fēng)速區(qū)間用于風(fēng)機(jī)控制的預(yù)測(cè)控制器的最優(yōu)控制輸入。于本實(shí)施例中，根據(jù)所述風(fēng)速區(qū)間的線性化模型集獲取每個(gè)風(fēng)速區(qū)間用于風(fēng)機(jī)控制的預(yù)測(cè)控制器的最優(yōu)控制輸入具體包括：構(gòu)建優(yōu)化控制的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，確立約束條件，將所述目標(biāo)函數(shù)在約束條件下求解，獲得用于風(fēng)機(jī)局部控制的當(dāng)前時(shí)刻的控制輸入的最優(yōu)控制序列，選取所述最優(yōu)控制序列的第一個(gè)元素作為最優(yōu)控制輸入。于一實(shí)施例中，利用基于線性矩陣不等式的魯棒預(yù)測(cè)控制算法求解在所述約束條件下的所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：所述約束條件滿足如下所示的輸入變量，狀態(tài)變量其中，j(k)為k時(shí)刻優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，為k+j時(shí)刻系統(tǒng)輸入，為k+j時(shí)刻系統(tǒng)狀態(tài)，為k+j時(shí)刻第r維系統(tǒng)輸入，為k+j時(shí)刻第r維系統(tǒng)狀態(tài)，為k+j時(shí)刻第r維系統(tǒng)輸出，分別為對(duì)應(yīng)維數(shù)的輸入、狀態(tài)、輸出變量上界，j，k，r分別為預(yù)測(cè)時(shí)刻變量，當(dāng)前時(shí)刻變量，維數(shù)變量，q和r均為正定權(quán)矩陣，nu，nx和ny分別為輸入總維數(shù)，狀態(tài)總維數(shù)以及輸出總維數(shù)。利用基于線性矩陣不等式的魯棒預(yù)測(cè)控制算法求解在所述約束條件下的所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，形式如下：在每一采樣時(shí)刻求解上述基于線性矩陣不等式的優(yōu)化問(wèn)題，得到當(dāng)前時(shí)刻的控制輸入為：f(k)＝y(tǒng)t(k)×qt(k)-1；其中，u(k)為當(dāng)前時(shí)刻系統(tǒng)輸入，f(k)為當(dāng)前時(shí)刻反饋系數(shù)，為當(dāng)前時(shí)刻系統(tǒng)變量，ui為當(dāng)前線性模型對(duì)應(yīng)平衡點(diǎn)的輸入，yt(k)，qt(k)為基于線性矩陣不等式的魯棒預(yù)測(cè)控制算法所求取的當(dāng)前時(shí)刻反饋參數(shù)。s140，根據(jù)各線性化模型間的切換規(guī)則調(diào)用相應(yīng)的預(yù)測(cè)控制器獲取實(shí)時(shí)最優(yōu)控制輸入。具體地，以風(fēng)速為指標(biāo)，設(shè)計(jì)各線性模型間的切換規(guī)則。首先判斷當(dāng)前風(fēng)速所屬的風(fēng)速區(qū)間，調(diào)用相應(yīng)子模型及線性預(yù)測(cè)控制器計(jì)算實(shí)時(shí)控制輸入，下一采樣時(shí)刻重新進(jìn)行判斷及切換，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)全工況運(yùn)行的多模型預(yù)測(cè)控制。具體地，全局控制輸入計(jì)算如下：u(k)＝rmpci其中rmpc為上述基于線性矩陣不等式的魯棒預(yù)測(cè)控制算法，i的選取需使得當(dāng)前風(fēng)速滿足v(k)∈vi。本發(fā)明的實(shí)施步驟可以總結(jié)如下：a、離線設(shè)計(jì)1)針對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，求取其在各風(fēng)速點(diǎn)的線性化模型，利用間隙度量衡量并分析各線性模型的動(dòng)態(tài)差異。2)選取合適的間隙度量閾值τ，劃分風(fēng)速區(qū)間，建立近似風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的線性模型集。b、在線設(shè)計(jì)1)對(duì)于每一采樣時(shí)刻，根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速所屬風(fēng)速區(qū)間，選擇對(duì)應(yīng)線性模型。2)基于所選線性模型，選定合適的權(quán)矩陣q,r，利用基于線性矩陣不等式的魯棒預(yù)測(cè)控制算法計(jì)算當(dāng)前系統(tǒng)輸入。為實(shí)現(xiàn)上述風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法，本實(shí)施例還對(duì)應(yīng)提供了一種風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)100，如圖4所示，所述風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)100包括：線性化模型模塊110，動(dòng)態(tài)差異模塊120，線性化模型集模塊130，預(yù)測(cè)控制器模塊140以及多模型預(yù)測(cè)模塊150。由于風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)100與風(fēng)機(jī)多模型預(yù)測(cè)控制方法間原理相似，因此通用的技術(shù)細(xì)節(jié)不作重復(fù)贅述。于本實(shí)施例中，所述線性化模型模塊110用于獲取風(fēng)機(jī)在各風(fēng)速點(diǎn)的線性化模型。于本實(shí)施例中，所述動(dòng)態(tài)差異模塊120用于根據(jù)間隙度量獲取各風(fēng)速點(diǎn)的線性化模型之間的動(dòng)態(tài)差異。于本實(shí)施例中，所述線性化模型集模塊130用于根據(jù)所述動(dòng)態(tài)差異劃分風(fēng)速區(qū)間并建立所述風(fēng)速區(qū)間的由對(duì)應(yīng)風(fēng)速的線性化模型形成的線性化模型集。于本實(shí)施例中，所述預(yù)測(cè)控制器模塊140用于根據(jù)所述風(fēng)速區(qū)間的線性化模型集獲取每個(gè)風(fēng)速區(qū)間用于風(fēng)機(jī)控制的預(yù)測(cè)控制器的最優(yōu)控制輸入。于本實(shí)施例中，所述多模型預(yù)測(cè)模塊150，用于根據(jù)各線性化模型間的切換規(guī)則調(diào)用相應(yīng)的預(yù)測(cè)控制器獲取實(shí)時(shí)最優(yōu)控制輸入。本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種控制器，包括處理器和存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有程序指令，所述處理器運(yùn)行所述程序指令以實(shí)現(xiàn)上述步驟中的方法。本實(shí)施例對(duì)上述方法已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，在此不再贅述。本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種存儲(chǔ)器，其上存儲(chǔ)有機(jī)器可讀程序指令，該所述機(jī)器可讀程序指令運(yùn)行時(shí)執(zhí)行上述步驟中的方法。本實(shí)施例對(duì)上述方法已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，在此不再贅述。結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)效果。圖5是本發(fā)明實(shí)施的控制策略圖。在本實(shí)施例中，將本發(fā)明中提出的方法應(yīng)用于一類(lèi)額定功率為5mw的變速變槳風(fēng)電機(jī)組，其切入風(fēng)速、額定風(fēng)速、切除風(fēng)速分別為3m/s，11.4m/s和25m/s，利用matlab進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，成功地實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組在不同風(fēng)速范圍內(nèi)的全工況控制。運(yùn)行過(guò)程分三種情況，分別為部分負(fù)荷區(qū)域，風(fēng)速范圍為(5m/s,10.2m/s)，此時(shí)通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩使風(fēng)能利用系數(shù)cp為最大值(0.48)；滿載區(qū)域(中高風(fēng)速區(qū)域)，風(fēng)速范圍為(12.8m/s,17.8m/s)，此時(shí)通過(guò)控制槳距角調(diào)節(jié)輸出功率p為額定值；滿載區(qū)域(高風(fēng)速區(qū)域)，風(fēng)速范圍為(15.8m/s,22.6m/s)，此時(shí)通過(guò)控制槳距角調(diào)節(jié)輸出功率p為額定值。使用本發(fā)明進(jìn)行了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的全工況控制，都取得了較好的控制效果。圖6和圖7是風(fēng)機(jī)系統(tǒng)不同工作區(qū)域內(nèi)線性模型的間隙度量圖。根據(jù)所述風(fēng)速區(qū)間劃分方法，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的有效風(fēng)速區(qū)域劃分結(jié)果如表2。表2風(fēng)速區(qū)間劃分表圖8和圖9顯示為風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在部分負(fù)荷區(qū)域內(nèi)風(fēng)速及對(duì)應(yīng)風(fēng)能利用系數(shù)的控制效果圖。圖10和圖11顯示風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在完全負(fù)荷區(qū)域(中高風(fēng)速)內(nèi)風(fēng)速及對(duì)應(yīng)輸出功率的控制效果圖。圖12和圖13顯示風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在完全負(fù)荷區(qū)域(高風(fēng)速)內(nèi)風(fēng)速及對(duì)應(yīng)輸出功率的控制效果圖。從圖8至圖13可以得出，本發(fā)明的方法能夠較好完成風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的控制，使系統(tǒng)能在不同風(fēng)速范圍及不同工作區(qū)域內(nèi)達(dá)到控制目標(biāo)。綜上所述，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的全工況控制，特別是根據(jù)間隙度量建立了完備、低冗余的線性模型集，從而提高了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的多模型預(yù)測(cè)控制效果。該方法適用于獨(dú)立式、分布式或并網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組的全工況控制。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中包括通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。當(dāng)前第1頁(yè)12