舞彎矩對(duì)槳距角的導(dǎo)數(shù)，^為風(fēng)輪揮 舞速度，{I i = 1，2，3}為三個(gè)槳葉給定槳距角，{Vi I i = 1，2，3}為風(fēng)輪面上的有效風(fēng)速； [0072]槳葉方位角Φ的計(jì)算公式如下：{機(jī)I i = 1，2，3}為：
[0076]步驟三:對(duì)三個(gè)槳葉根部彎矩進(jìn)行Coleman坐標(biāo)變換，得到固定坐標(biāo)系下的風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組俯仰彎矩Mpitch和偏航彎矩Myaw;
[0077]機(jī)艙的運(yùn)動(dòng)方程為：
[0083]其中，hMX為氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)風(fēng)速的導(dǎo)數(shù)，F(xiàn)ax為軸向力，F(xiàn)sd為側(cè)向力，H為機(jī)艙中心的高 度，M為風(fēng)輪總質(zhì)量，S為塔架剛度，Smd為塔基前后擾度，snay為塔基左右擾度，D為阻尼系數(shù)。 [0084] 獨(dú)立變槳控制單元中風(fēng)電機(jī)組的葉根彎矩信號(hào)^2具3，通過(guò)0)16111&11坐標(biāo)變換 為固定坐標(biāo)軸下的俯仰彎矩Mpitdl和偏航彎矩Myaw，具體如下所示：
[0086]其中:Φ為風(fēng)輪方位角。
[0087]經(jīng)過(guò)Coleman逆變換變換成三個(gè)不同槳葉的優(yōu)化槳距角Θ/，公式如下所示：
[0089] 步驟四：以俯仰彎矩Mpitch和偏航彎矩Myaw作為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量，通過(guò)RBF神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制導(dǎo)出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)率，在線調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值來(lái)改善獨(dú)立變槳系統(tǒng)的 葉根彎矩，再經(jīng)過(guò)Coleman逆變換變換成不同槳葉的優(yōu)化槳距角Θ，；
[0090] 圖2為本發(fā)明的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，采用簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即三層前饋網(wǎng)絡(luò)：輸入 層、隱含層和輸出層。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在額度風(fēng)速以上的運(yùn)行區(qū)域時(shí)，本發(fā)明的變槳控制系 統(tǒng)采用獨(dú)立變槳調(diào)節(jié)，同時(shí)協(xié)調(diào)控制發(fā)電機(jī)輸出功率和轉(zhuǎn)矩。
[0091] RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層的輸入變量為Xk，而隱含層通過(guò)假定RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制 的徑向基函數(shù)為h=[hi，h 2，···，hm]T，那么高斯函數(shù)hj為：
[0093]其中，X偽神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量，m為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，bj、Cj分別為第j個(gè) 神經(jīng)單元的基寬向量和中心矢量，Cj= [Cll，C12,......Clm]，bj= [bl,b2,......bm];
[0094] 則RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制輸出變量為：
[0096]其中，bk、C1^別為第k個(gè)神經(jīng)單元的基寬向量和中心矢量。
[0097]圖3為本發(fā)明RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制框圖，選取系統(tǒng)的跟蹤對(duì)象為風(fēng)電機(jī)組的俯 仰彎矩Mpitdl和偏航彎矩Myaw，設(shè)定風(fēng)輪轉(zhuǎn)速為恒定值C，其中e (t)為 [0098] e(t) = 9-0r
[0099] 其中：0r*參考槳距角。
[0?00] 設(shè)計(jì)的獨(dú)立變槳控制系統(tǒng)需達(dá)到Lyapunov理論穩(wěn)定性的要求，即
[0101 ] s(x)s(x) < 0
[0102] 利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近方法與輸出控制量之間的非線性映射，將切換函數(shù)s及其導(dǎo) 數(shù)s作為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性函數(shù)，由Lyapunov理論設(shè)計(jì)合適的控制器，使獨(dú)立變槳控制 系統(tǒng)將會(huì)按已經(jīng)設(shè)計(jì)好的軌跡運(yùn)行，最終達(dá)到收斂。
[0103] 其中RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制采用兩個(gè)輸入兩個(gè)輸出的RBF神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行擬 合，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制輸入變量M為俯仰彎矩M pitch和偏航彎矩Myaw，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)功 能在線調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，使獨(dú)立變槳控制系統(tǒng)收斂。
[0104] RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值的在線調(diào)整方式為：
[0107]其中，n2〇，V表示李雅普洛夫函數(shù)，d0為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)率，s(x)為切換函數(shù)， 為切換函數(shù)的導(dǎo)數(shù)；
[0109] 因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)率d0為：
其中：hk(s)為高斯 函數(shù)，γ為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)參數(shù)。
[0110] 步驟五:將步驟一得到的統(tǒng)一槳距角θ和步驟四得到的優(yōu)化槳距角相加，得到 獨(dú)立變槳控制槳距角S1，之后將優(yōu)化槳距角Q1送入變槳執(zhí)行單元，完成風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳的 執(zhí)行動(dòng)作，這樣來(lái)改善獨(dú)立變槳控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，以此來(lái)穩(wěn)定風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，降 低槳葉、機(jī)艙、塔架等風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件的疲勞載荷。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大型風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制方法，包括以下步驟： 步驟一:采集風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)，功率控制器根據(jù)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行變槳控制和發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn) 矩控制的計(jì)算，得到風(fēng)電機(jī)組的統(tǒng)一槳距角和發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，然后將電磁轉(zhuǎn)矩信號(hào)送 入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩伺服系統(tǒng)，平衡風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩； 步驟二:計(jì)算風(fēng)電機(jī)組三個(gè)槳葉根部彎矩及槳葉方位角； 步驟三:對(duì)三個(gè)槳葉根部彎矩進(jìn)行Coleman坐標(biāo)變換，得到固定坐標(biāo)系下的風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組俯仰彎矩和偏航彎矩； 步驟四：以俯仰彎矩和偏航彎矩作為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量，通過(guò)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適 應(yīng)控制導(dǎo)出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)率，在線調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值來(lái)改善獨(dú)立變槳系統(tǒng)的葉根彎矩， 再經(jīng)過(guò)Coleman逆變換變換成不同槳葉的優(yōu)化槳距角； 步驟五:將步驟一得到的統(tǒng)一槳距角和步驟四得到的優(yōu)化槳距角相加，得到獨(dú)立變槳 控制槳距角，之后將優(yōu)化槳距角送入變槳執(zhí)行單元，完成風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳的執(zhí)行動(dòng)作。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大型風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制方法，其特征 在于:所述步驟一中，風(fēng)輪的模型的運(yùn)動(dòng)方程為：其中，J為風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Mr為風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩，Ω r為風(fēng)輪轉(zhuǎn)速； 統(tǒng)一槳距角的表達(dá)式如下所示：其中：Θ為槳距角，ξ為變槳執(zhí)行系統(tǒng)的阻尼系數(shù)，0r槳距角的設(shè)定值，ω為無(wú)阻尼自然頻 率。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大型風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制方法，其特征 在于:所述步驟二中，三個(gè)槳葉根部彎矩Μ ζ1、Μζ2、Μζ3的計(jì)算公式如下：其中，hMz為揮舞彎矩對(duì)風(fēng)速的導(dǎo)數(shù)，kMz為揮舞彎矩對(duì)槳距角的導(dǎo)數(shù)，vfa為風(fēng)輪揮舞速 度，{0i | i = 1，2，3}為三個(gè)槳葉給定槳距角，{Vi | i = 1，2，3}為風(fēng)輪面上的有效風(fēng)速； 槳葉方位角Φ的計(jì)算公式如下：{Φ? I i = 1,2,3}為：4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大型風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制方法，其特征 在于:所述步驟三中，機(jī)艙的運(yùn)動(dòng)方程為： Ui Ul·俯仰彎矩Mpiteh和偏航彎矩Myaw的關(guān)系式為：其中，hMX為氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)風(fēng)速的導(dǎo)數(shù)，F(xiàn)ax為軸向力，F(xiàn)sd為側(cè)向力，Η為機(jī)艙中心的高度，Μ 為風(fēng)輪總質(zhì)量，S為塔架剛度，Smd為塔基前后擾度，snay為塔基左右擾度，D為阻尼系數(shù)； 獨(dú)立變槳控制單元中風(fēng)電機(jī)組的葉根彎矩信號(hào)Mzi、Mz2、Mz3，通過(guò)Coleman坐標(biāo)變換為固 定坐標(biāo)軸下的俯仰彎矩Mpitdl和偏航彎矩Myaw，具體如下所示：其中:Φ為風(fēng)輪方位角； 經(jīng)過(guò)Coleman逆變換變換成三個(gè)不同槳葉的優(yōu)化槳距角θ',，公式如下所示：5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大型風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制方法，其特征 在于:所述步驟四中：假定RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制的徑向基函數(shù)為?!=[1η>，···，^]τ』Ρ 么高斯函數(shù)hj為：其中，X偽神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量，m為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，bj、Cj分別為第j個(gè)神經(jīng) 單元的基寬向量和中心矢量，Cj= [C11，C12,......Clm]，bj= [bl,b2,......bm]; 則RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制輸出變量為：其中，bk、ck分別為第k個(gè)神經(jīng)單元的基寬向量和中心矢量； RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值的在線調(diào)整方式為：其中，n2〇，v表示李雅普洛夫函數(shù)，(?θ為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)率，s(x)為切換函數(shù)， 為切換函數(shù)的導(dǎo)數(shù)；因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)率(1Θ為：其中:hk(s)為高斯函數(shù)，γ為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)參數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大型風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制方法，步驟如下：通過(guò)采集風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)得到統(tǒng)一槳距角和電磁轉(zhuǎn)矩；計(jì)算風(fēng)電機(jī)組三個(gè)槳葉根部彎矩及槳葉方位角；對(duì)三個(gè)槳葉根部彎矩進(jìn)行Coleman坐標(biāo)變換，得到俯仰彎矩和偏航彎矩；通過(guò)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制導(dǎo)出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)率，在線調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值改善獨(dú)立變槳系統(tǒng)的葉根彎矩，再經(jīng)過(guò)Coleman逆變換變換成不同槳葉的優(yōu)化槳距角；將統(tǒng)一槳距角和優(yōu)化槳距角相加，得到獨(dú)立變槳控制槳距角，優(yōu)化槳距角送入變槳執(zhí)行單元，完成獨(dú)立變槳。本發(fā)明能夠快速地實(shí)現(xiàn)獨(dú)立變槳控制，提高變槳伺服系統(tǒng)的工作效率，控制成本低，提高了風(fēng)電機(jī)組的使用壽命。
【IPC分類】F03D7/02, F03D7/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105626378
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610023236
【發(fā)明人】周臘吾, 韓兵, 田猛, 鄧寧峰, 陳浩, 孟凡冬
【申請(qǐng)人】湖南世優(yōu)電氣股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年1月13日