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专利号: 2021116695087
申请人: 北方民族大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-03-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于哈里斯鹰算法永磁风力发电机组的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:获取永磁同步电机的最佳角速度给定值和永磁同步电机的实际角速度,所述最佳角速度给定值为根据贝兹理论得到的值;将所述最佳角速度给定值与所述实际角速度作差,得到角速度差值;根据所述角速度差值得到转矩电流给定值的计算公式,以使所述角速度差值趋于0,所述转矩电流给定值的计算公式为与要辨识的参数有关的函数,所述要辨识的参数包括转动惯量、粘滞摩擦系数、负载转矩和永磁通量;获取永磁同步电机的实际电流值;对所述实际电流值进行坐标系转换,得到实际励磁电流值和实际转矩电流值;根据所述实际转矩电流值和所述转矩电流给定值构建目标函数,所述目标函数为所述实际转矩电流值和所述转矩电流给定值的差;根据所述目标函数构建适应度函数,所述适应度函数为与要辨识的参数有关的函数;引用哈里斯鹰优化算法对所述要辨识的参数进行识别;根据识别出的参数,得到所述目标函数的值;根据实际励磁电流值和励磁电流给定值,得到励磁电流差,所述励磁电流给定值为0;对所述目标函数的值进行第一PI控制,得到转矩电压值;对所述励磁电流差进行第二PI控制,得到励磁电压值;对所述转矩电压值和所述励磁电压值进行坐标系转换,得到输出电压值;对所述输出电压值进行PWM调制,生成驱动信号;将所述驱动信号输入整流器进行整流,根据整流结果控制所述永磁同步电机的转速。2.根据权利要求1所述的基于哈里斯鹰算法永磁风力发电机组的控制方法,其特征在于,所述贝兹理论的最大输出功率的输出表达式为:其中,Pωmax为最大输出功率,λopt为最佳叶尖速比,ρ为空气密度,CPmax为风能利用系数,ω为实际角速度,β为桨距角,R为叶片半径;当风速确定时,V为风速。

3.根据权利要求1所述的基于哈里斯鹰算法永磁风力发电机组的控制方法,其特征在于,根据所述角速度差值得到转矩电流给定值的计算公式,以使所述角速度跟踪达到最优,具体包括:将所述角速度差值定义为跟踪误差,所述跟踪误差的计算公式为:e=ωref‑ω其中,e为跟踪误差,ωref为最佳角速度给定值,ω为实际角速度;对所述跟踪误差进行求导,得到子系统,所述子系统的方程为:其中,为最佳角速度给定值的导数,为实际角速度的导数,J为转动惯量,B为粘滞摩擦系数,TL为负载转矩,p为电机极对数,为永磁通量,i`q为虚拟控制函数;对所述子系统构建李雅普诺夫函数,所述李雅普诺夫函数为:

其中,V`为李雅普诺夫函数;对所述李雅普诺夫函数进行求导,得到求导后的李雅普诺夫函数,所述求导后的李雅普诺夫函数为:根据所述求导后的李雅普诺夫函数求出虚拟控制函数的值;令所述转矩电流给定值等于所述虚拟控制函数的值,所述转矩电流给定值为:其中,为转矩电流给定值,K为转速调节参数。

4.根据权利要求1所述的基于哈里斯鹰算法永磁风力发电机组的控制方法,其特征在于,对所述实际电流值进行坐标系转换,得到实际励磁电流值和实际转矩电流值,具体包括:将永磁同步电机的实际电流值通过数学模型由三相静止坐标系变换成两相同步旋转坐标系,所述数学模型为:其中,id为实际励磁电流值,iq为实际转矩电流值,R`为定子电阻,L为永磁同步电机dq轴等效的电枢电感,B为粘滞摩擦系数,p为电机极对数,为永磁通量,ω为实际角速度,J

为转动惯量,TL为负载转矩,Ud为d轴定子电压分量,Uq为q轴定子电压分量。5.根据权利要求1所述的基于哈里斯鹰算法永磁风力发电机组的控制方法,其特征在于,所述目标函数为:其中,f(iq,ω,x)为目标函数,为待识别参数,iq为实际转矩电流值,p为电机极对数,为永磁通量,ω为实际角速度,J为转动惯量,TL为负载转矩,B为粘滞摩擦系

数,为最佳角速度给定值的导数,K为转速调节参数,e为跟踪误差。

6.根据权利要求1所述的基于哈里斯鹰算法永磁风力发电机组的控制方法,其特征在于,所述适应度函数为:其中,F(x)为适应度函数,f(iq,ω,x)为目标函数,iq为实际转矩电流值,ω为实际角速

度,为待识别参数,J为转动惯量,TL为负载转矩,B为粘滞摩擦系数,为永磁

通量,N为为实测数据量总数。7.根据权利要求1所述的基于哈里斯鹰算法永磁风力发电机组的控制方法,其特征在于,所述引用哈里斯鹰优化算法对所述要辨识的参数进行识别,具体包括:构建更新种群位置的迭代公式,所述迭代公式为:其中,X(t+1)为下一次迭代过程中哈里斯鹰的位置向量,Xrabbit(t)为猎物的位置,X(t)为当前哈里斯鹰的位置向量,Xrand(t)为当前种群中随机选择的哈里斯鹰的位置,Xm(t)为个体平均位置,LB是变量的的下限,UB是变量的上限,r1,r2,r3,r4分别为(0,1)中的随机数,q代表随机策略,为(0,1)中的随机数;根据最大迭代次数和猎物能量的初始状态,确定猎物逃逸的能量,所述猎物逃逸的能量为:其中,E为猎物逃逸的能量,E0为猎物能量的初始状态,t为当前迭代次数,T为最大迭代次数;判断|E|<1是否成立;若是,则分为四种情况更新哈里斯鹰的位置,所述四种情况分别为:第一种情况,r≥0.5且|E|≥0.5;第二种情况,r≥0.5且|E|<0.5;第三种情况,r<0.5且|E|>0.5;第四种情况,r<0.5且|E|<0.5;其中,r为猎物逃脱的概率;当为第一种情况时,根据以下公式更新哈里斯鹰的位置:X(t+1)=ΔX(f)‑E|JXrabbit(t)‑X(t)|ΔX(t)=Xrabbit(t)‑X(t)J`=2(1‑r5)其中,ΔX(t)为最优个体和当前个体的差值,J`为猎物逃跑过程中的跳跃距离,r5为(0,1)中的随机数;当为第二种情况时,根据以下公式更新哈里斯鹰的位置:X(t+1)=Xrabbit(t)‑E|ΔX(t)|当为第三种情况时,根据以下公式更新哈里斯鹰的位置:Y=Xrabbit(t)‑E|JXrabbit(t)‑X(t)|Z=Y+S*LF(D)其中,F( )为适应度函数,Y为哈里斯鹰进入软包围阶段的位置,Z为哈里斯鹰渐进式快速俯冲阶段的位置,D为问题维度,S为一个D维的随机向量,LF为Levy飞行函数,v和μ为(0,1)中的随机数,β为取值1.5的常数,σ为标准差;当为第四种情况时,根据以下公式更新哈里斯鹰的位置:Y`=Xrabbit(t)‑E|JXrabbit(t)‑Xm(t)|Z`=Y`+S*LF(D)其中,Y`为哈里斯鹰进入硬包围阶段的位置,Z`为哈里斯鹰渐进式快速俯冲阶段的位置;根据更新的哈里斯鹰的位置,得出要辨识的参数。8.一种基于哈里斯鹰算法永磁风力发电机组的控制系统,其特征在于,包括:角速度获取模块,用于获取永磁同步电机的最佳角速度给定值和永磁同步电机的实际角速度,所述最佳角速度给定值为根据贝兹理论得到的值;作差模块,用于将所述最佳角速度给定值与所述实际角速度作差,得到角速度差值;转矩电流给定值公式获取模块,用于根据所述角速度差值得到转矩电流给定值的计算公式,以使所述角速度差值趋于0,所述转矩电流给定值的计算公式为与要辨识的参数有关的函数;所述要辨识的参数包括转动惯量、粘滞摩擦系数、负载转矩和永磁通量;实际电流值获取模块,用于获取永磁同步电机的实际电流值;第一坐标系转换模块,用于对所述实际电流值进行坐标系转换,得到实际励磁电流值和实际转矩电流值;目标函数构建模块,用于根据所述实际转矩电流值和所述转矩电流给定值构建目标函数,所述目标函数为所述实际转矩电流值和所述转矩电流给定值的差值;适应度函数构建模块,用于根据所述目标函数构建适应度函数,所述适应度函数为与要辨识的参数有关的函数;参数识别模块,用于引用哈里斯鹰优化算法对所述要辨识的参数进行识别;目标函数值计算模块,用于根据识别出的参数,得到所述目标函数的值;励磁电流差获取模块,用于根据实际励磁电流值和励磁电流给定值,得到励磁电流差,所述励磁电流给定值为0;第一PI控制模块,用于对所述目标函数的值进行第一PI转换,得到转矩电压值;

第二PI控制模块,用于对所述励磁电流差进行第二PI转换,得到励磁电压值;第二坐标系转换模块,用于对所述转矩电压值和所述励磁电压值进行坐标系转换,得到输出电压值;PWM调制模块,用于对所述输出电压值进行PWM调制,生成驱动信号;整流模块,用于将所述驱动信号输入整流器进行整流,根据整流结果控制所述永磁同步电机的转速。