1.一种疲劳载荷与功率追踪并行优化的风机广域运行控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：建立风机非线性特征模型，包括轴系建模、塔架建模、发电机建模、变桨执行器建模和气动弹性建模；

步骤2：建立风机线性模型库，使用雅可比矩阵完成模型线性化，引入间隙度量理论建立模型库；

步骤3：建立控制器库，考虑在单个工作点下的功率追踪和载荷抑制性能，建立基于模型预测控制架构的控制器库；

步骤4：设计软切换控制策略，基于隶属度函数和控制器库设计了软切换广域控制策略。

2.如权利要求1所述的疲劳载荷与功率追踪并行优化的风机广域运行控制方法，其特征在于，所述步骤1的过程如下：

1.1)气动弹性建模

此处，Pa是风施加在风机转子上所产生的机械功率，Fa是空气动力学推力，ρ是空气密度，R是叶片半径，Cp是功率捕获因子，Ct是推力系数，λ为叶尖速比，ωr是转子角速度，vr是作用于风轮平面的有效风速；

1.2)风机轴系建模

风力发电机轴系建模如下：

Jr是转子等效转动惯量，Jg是发电机等效转动惯量，Ts是低速轴转矩，Tg是发电机转矩，ωg是发电机角速度，Nratio是风机齿轮箱传动比；

考虑低速轴和高速轴之间的柔性变形，建立如下数学模型：其中，Kd是扭转刚度系数，Bd是扭转阻尼系数， 是低速轴和高速轴的相对角位移；

1.3)塔架建模

考虑塔架一阶前后弯曲模态，建立二阶微分方程：这里，mte是塔架等效质量，xt是塔架顶部位移，Bt为弯曲阻尼系数，Kt是弯曲刚度系数；

其中，相关参数计算如下:

mte＝3mb+mh+mn+0.25mt (10)Bt＝4πmtefnds (11)2

Kt＝mte(2πfn) (12)mb是单个叶片质量，mh是轮毂质量，mn是机舱质量，mt是塔筒质量，fn是模态固有频率，ds是塔架结构阻尼比；

塔架的弯矩载荷表征如下：

Ht是机舱距离地面的高度；

风力作用于风机，塔顶随之产生位移，使得作用于风机风轮平面的有效风速发生相对变化：v是自然坐标系下的绝对风速；

1.4)发电机建模

将发电机视为一阶的惯性控制环节ref

τg是发电机惯性时间常数，Tg 是控制器输出的参考发电机转矩，pg是发电机功率，η是发电机效率；

1.5)变桨执行器建模

ref

τβ是变桨执行器惯性时间常数，β 是控制器输出的参考桨距角。

3.如权利要求2所述的疲劳载荷与功率追踪并行优化的风机广域运行控制方法，其特征在于，所述步骤2的过程如下：

2.1)雅可比矩阵构建

定义本系统状态量x，输出量y，控制量u，干扰量d分别如下：T ref ref T

y＝(ωg,Mt,Pg,Ts) (19)u＝(β ,Tg ) (20)d＝vr (21)

雅可比矩阵构建是多维向量线性化的常用线性化手段，设f(xn)＝x(xn)，对于f(xn)，其雅可比矩阵由下式计算：同理，设g(yn)＝y(yn)，对g(yn)，其雅可比矩阵由下式计算：

2.2)线性化：

对状态量x进行线性化

此处x|op指状态量在操作点处的值，Δx指状态量相对操作点的增量，下方的Δ均为增量的表达形式；

具体的：

此处， 分别表示Ta对ωr、β、vr的偏导数在操作点处的值；

分别表示Fa对ωr、β、vr的偏导数在操作点处的值；

对输出量y进行线性化：

此处y|op指输出量在操作点处的值；；

具体的：

ΔPg＝η(TgΔωg+ωgΔTg) (37)可构造状态空间方程如下：

y＝G(x,u,d) (41)F(x,u,d)，G(x,u,d)都是关于x,u,d的函数；

2.3)根据间隙度量理论构造模型库在风速运行区间内以vd为间隔划分得到N个线性模型：vout是风力发电机的切出风速，vin是切入风速；；

以这N个模型为基础计算相邻模型的间隙阈值δ(i,j)：是第i个模型和第j个模型之间的直接间隙值，Ei(s)和Fi(s)分别表示第i个模型传递函数Di(s)的分子和分母，i,j＝1,2,…,N，‑1

D(s)＝E(s)F (s) (45)它们之间满足关系：

得到间隙矩阵：

以 为间隙阈值从间隙矩阵中选择M个线性模型作为模型库，Ck是放大系数， 表示Ckδ(i,j)向下取整数值为1。

4.如权利要求3所述的疲劳载荷与功率追踪并行优化的风机广域运行控制方法，其特征在于，所述步骤3的过程如下：

3.1)目标代价函数

根据模型库，在每个风机模型的稳态工作点设计多个线性控制器，使其涵盖整个风机运行的工作区域，考虑功率追踪与疲劳载荷优化效果，设计代价函数Jm如下：Nc是控制器的控制区间，Jm表示第m个控制器的代价函数，，ym(k+i)表示第m个控制器在ref第i个离散步长根据优化算法给出的预测输出，ym 表示第m个控制器的参考输出，um(k+i)表示第m个控制器在第i个离散步长根据优化算法给出的控制信号，Δum(k+i)表示控制信号变化速率，Qm、Rm、Sm分别表示第m个控制器输出信号、控制信号、控制信号变化速率的权重调节矩阵，m∈(1,2,…,M)；

第m个控制器的输出um通过最小化代价函数Jm得到；

3.2)代价函数约束

变桨动作和发电机转速由于实际物理限制，存在幅值或速率约束，同时，为防止系统产生过于激进的控制输入和输出，设定控制器约束条件如下：min max

此处，y 和y 分别表示系统输出的最小和最大限制，包含发电机转速、低速轴转矩、min max塔架弯矩和发电机功率；u 和u 分别表示控制信号的最小和最大限制，包含发电机参考min max转矩和参考桨距角；Δu 和Δu 分别表示控制信号变化速率的最小和最大限制。

5.如权利要求4所述的疲劳载荷与功率追踪并行优化的风机广域运行控制方法，其特征在于，所述步骤4的过程如下：设计基于隶属度函数提出了软切换策略，如下：tra

Wi(vr)表示风速为vr时隶属度函数的输出权值，该函数是由梯形隶属度函数Wi (vr)和tri三角隶属度函数Wi (vr)混合组成的分段函数；

每一个局部控制器的输出信号，经过隶属度函数的加权分配，得到所本策略的全局信号输出uall：ui是第i个控制器的控制信号。