技术特征：
1.一种基于半马尔可夫模型的风力发电机组控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立基于半马尔可夫模型的风力发电机组：半马尔可夫模型的风力发电机组中，风速由平均风速和扰动风速组成，将平均风速数据采样到不同的区间，平均风速的随机特性表示为半马尔可夫过程，而每个区间的扰动风速被视为扰动输入，将风力发电机组的运行点相应地划分为不同的子区域，每个子区域中的模型参数和控制模式固定，因此风力发电机组描述为如公式(1)所示的半马尔可夫跳变系统：具体过程为：1-1)：构建风力发电机组模型：假设风力发电机组控制系统由风力机、传动机制单元和发电机单元组成，根据风速确定的运行点，将风力发电机组建模为如公式(5)所示：其中，θ
s
为传动轴的等效扭转角，ω
r
和ω
g
分别为风力机转子转速和发电机转子转速，j
r
和j
g
分别为风力机转子和发电机转子的等效转动惯量，t
r
和t
g
分别为气动转矩和发电机转矩，n
g
为齿轮箱的传动比，b
s
为传动轴的等效扭转刚度，k
s
为传动轴的等效阻尼因子，β为实际桨距角，β
d
为参考桨距角，τ为时间常数，风力机是整个系统的驱动器，气动转矩t
r
表示为如公式(6)所示：其中，r为转子半径，ρ为空气密度，λ为叶尖速比，风电利用系数c
p
(λ,β)是针对特定风力机在不同风速条件下近似计算和建模的，近似表示为如公式(7)所示：其中，c
i
是表征风力机的参数，i＝1,2
…
8，发电机转矩t
g
看成是零转矩转速t
g,ref
和发电机转子转速ω
g
的非线性函数，发电机在其转矩特性的线性域中执行，由以下线性形式表示：t
g
＝b
g
ω
g-b
g
t
g,ref
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)，实际风速由平均风速和扰动风速组成，如公式(9)所示：
v(t)＝v
s
(t)+v
w
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)，在区间[t0,t1]上，平均风速被定义为如公式(10)所示：由于风速是随机变化的，根据风速值的变化，将风速划分为o个区域，将平均风速数据采样到不同的区间，平均风速v
s,r(t)
(t)的随机特性表示为半马尔可夫过程，随机变量r(t)表示为一个半马尔可夫过程，它在空间上取值；1-2)半马尔可夫过程：对马尔可夫过程进行如下定义：t
l
为第l个转移时刻，表示马尔可夫过程，d
l
＝t
l-t
l-1
为半马尔可夫过程的驻留时间，g
i
(
·
)和分别为概率分布函数和概率密度函数，描述的是一个齐次马尔可夫更新过程，马尔可夫链的转移概率被定义为如公式(11)所示：令n(t)＝sup{l:t
l
≤t}，当时，半马尔可夫过程{r(t),t≥0}被马尔可夫更新过程所支配，当第i个子系统被激活时，概率分布函数被定义为如公式(12)所示：在此情况下，得到如公式(13)所示：通过计算，得到半马尔可夫{r(t),t≥0}的转移概率如公式(14)所示：其中1-3)建立基于半马尔可夫模型的风力发电机组：对气动转矩t
r
采用泰勒展开式，得到如公式(15)所示：t
r
＝t
r1
(v
s
)+t
r2
(v
s
)v
w
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)，其中，其中，
令x
c
(t)＝[θ
s ω
r ω
g β]
t
，y
c
(t)＝ω
g
，u(t)＝[β
d t
g,ref
]
t
，则公式(1)所示的风力发电机组写成如公式(16)所示：其中，对于第i个运行的子区域，定义运行点为令应用泰勒展开式，则公式(17)被建模为基于半马尔可夫模型的风力发电机组：其中，其中，2)提出自适应记忆事件触发调度协议：具体为：新型的自适应记忆事件触发协议数学模型表述为如公式(18)所示：
其中，e
s
(t)＝y(t
k
h+lh)-y(t
k+1-s
h)，自适应触发参数σ
i
(t
k
h)满足如下的更新规则:其中，表示σ
i
(t
k
h)的下界，λ定义为：h)的下界，λ定义为：ρ
s
(t
k
h)＝||y(t
k
h)||-||y(t
k-s
h)||，其中，h表示采样周期，t
k
h表示事件触发时刻，s表示历史传输数据包的数量，φ
i
是待设计正定矩阵，假设α＞0，α越大将会导致σ
i
(t
k
h)发生变化，对μ
s
∈[0,1]表示权重系数，且满足在通信网络中会存在网络诱导延迟，将零阶保持器的每一个时间段t∈[t
k
h,t
k+1
h]划分成多个小区间的并集，即其中，i
l
＝[t
k
h+lh+τ
k+l
,t
k
h+lh+h+τ
k+l+1
]，定义延迟函数τ(t)＝t-t
k
h-lh，进一步得到其中3)设计记忆型的比例积分观测器控制，建立残差形式的增广系统：过程包括：3-1)设计记忆型的比例积分观测器：记忆型的比例积分观测器具有如公式(2)所示形式：其中，是对状态x(t)的估计，是对输出y(t)的估计，表示加权误差的积分，l
ps,i
、l
is,i
分别表示待设计的比例增益和积分增益；3-2)设计基于比例积分观测器的控制律：设计基于比例积分观测器的控制律，具体形式为公式(3)所示：
其中，k
i
表示待设计的控制器增益；3-3)建立残差形式的增广系统：令则残差形式的增广系统被建模成公式(4)所示：其中，4)基于李雅普诺夫理论，建立充分性条件确保残差增广系统的随机稳定性且满足h
∞
性能指标：采用mtalab的lmi工具箱求解比例积分观测器增益和控制器增益，具体过程如下：基于李雅普诺夫理论，确保残差增广系统的随机稳定性且满足h
∞
性能指标的充分性条件为：给定标量τ
m
＞0，ι＞0，和α，如果存在正定矩阵p
i
，q，r,φ
i
和任意的矩阵u、z＝diag{z1,z2,z3}，使得下面的条件成立，则残差增广系统是随机稳定的并且满足h
∞
性能指标：其中，其中，其中，其中，h＝[i 0 0],依据线性矩阵不等式，求解比例积分观测器增益和控制器增益，过程为：
给定标量τ
m
＞0，ι＞0，和α，如果存在正定矩阵p
i
，q，r,φ
i
和任意的矩阵u、z＝diag{z1,z2,z3}，使得下面的条件成立，则残差增广系统是随机稳定的并且满足h
∞
性能指标：其中，其中，其中，控制器增益为比例积分观测器增益为其中
技术总结
本发明公开了一种基于半马尔可夫模型的风力发电机组控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立基于半马尔可夫模型的风力发电机组；2)提出自适应记忆事件触发调度协议；3)设计记忆型的比例积分观测器控制，建立残差形式的增广系统；基于李雅普诺夫理论，建立充分性条件确保残差增广系统的随机稳定性且满足H
技术研发人员：成军 谢丽菲
受保护的技术使用者：广西师范大学
技术研发日：2022.06.08
技术公布日：2022/9/2