一种风力发电机组独立变桨控制方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风力发电机组独立变桨控制方法和系统，属于风力发电领域。通过检测三支叶片在旋转坐标系下的载荷及叶轮方位角，对风力发电机组进行状态空间建模，对其进行简化，在简化模型的基础上对风力发电机组的状态进行有效估计，将估计的状态进行全状态反馈并使用线性二次调节器对控制增益进行计算，最大程度避免多个单输入单输出回路之间耦合的影响，并兼顾控制成本与控制效果，在复杂风况下通过独立变桨提高机组在极端风况下的运行安全。本发明专利技术对不同叶轮方位角下的叶片模态塔架模态进行了线性化建模，克服了传统方式中采用单输入单输出多回路的方式，采用状态估计并使用线性二次调节器进行全状态反馈的方式来进行独立变桨控制。行独立变桨控制。行独立变桨控制。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组独立变桨控制方法和系统


[0001]本专利技术属于风力发电领域，涉及一种风力发电机组独立变桨控制方法和系统。

技术介绍

[0002]随着风力发电机组设计开发向大型化发展，叶片长度及塔架高度在不断增加，在不同风况下各大部件的受力情况也变得复杂，导致极限载荷水平也在不断增加。通过先进的控制策略架构及使用新的传感器引入控制策略可以有效地解决面对复杂风况带来的极限载荷问题。
[0003]现有针对此问题的技术方案包括：在叶片根部安装载荷传感器，实时检测叶根载荷。通过坐标转换成d轴载荷分量及q轴载荷分量，使用两个PID控制器分别以两个载荷分量作为控制输入，输出三个不同的变桨角度给三个变桨执行机构。但由于两个PID控制回路会出现耦合现象，且控制系统输入噪声与测量噪声无法忽视。同时设置控制增益只能单向调节，不能兼顾其控制成本及控制效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中，传统单输入单输出的方式对三只叶片的叶根载荷进行分解成两个轴，分别进行控制，但多控制回路的方式易造成耦合，且控制增益未能兼顾控制成本及控制偏差两个相矛盾的指标的缺点，提供一种风力发电机组独立变桨控制方法和系统。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种风力发电机组独立变桨控制方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1)设定检测周期，在检测周期内检测风电机组叶片的叶根载荷及叶轮方位角，建立旋转坐标系；
[0008]步骤2)基于风电机组的叶片模态、发电机模态和塔架模态，建立线性化模型；对旋转坐标系下的叶根载荷进行坐标变换，得到非旋转坐标系下的分量，基于非旋转坐标系下的分量对线性化模型进行状态估计；
[0009]步骤3)通过估计后的风电机组状态计算全状态负反馈的控制增益，进一步计算得到非旋转坐标系下的控制指令；
[0010]步骤4)将非旋转坐标系下的控制指令通过坐标反变换计算旋转坐标系下的独立变桨角度指令；
[0011]步骤5)在检测周期内检测发电机转速，计算统一的变桨角度指令，结合独立变桨角度指令，计算得到三个叶片变桨角度指令，基于三个叶片变桨角度指令进行变桨动作。
[0012]优选地，步骤2)中，基于非旋转坐标系下的分量，结合线性化模型进行状态华估计，采用卡尔曼滤波的方式计算，使用Ricatti方程计算卡尔曼滤波器的增益。
[0013]优选地，步骤3)中，计算全状态负反馈的控制增益具体为：
[0014]引入代价方程对控制成本进行均衡，之后使用Ricatti方程来计算全状态负反馈
的控制增益。
[0015]优选地，步骤4)中，还包括对独立变桨角度指令进行限幅。
[0016]优选地，步骤5)中，计算统一的变桨角度指令过程中，以控制发电机转速为目标进行转速
‑
变桨回路的PID控制。
[0017]优选地，步骤5)中，三个叶片变桨角度指令的具体计算过程为：
[0018]将限幅后的独立变桨角度指令叠加统一的变桨角度指令，得到三个叶片变桨角度指令，将三个叶片变桨角度指令传递给变桨执行机构进行变桨动作，以进行独立变桨降载及发电机转速控制。
[0019]一种风力发电机组独立变桨控制系统，包括：
[0020]旋转坐标系建立单元，用于获取检测周期内风电机组叶片的叶根载荷及叶轮方位角，建立旋转坐标系；
[0021]状态估计单元，与旋转坐标系建立单元相交互，基于风电机组的叶片模态、发电机模态和塔架模态，建立线性化模型；对旋转坐标系下的叶根载荷进行坐标变换，得到非旋转坐标系下的分量，基于非旋转坐标系下的分量对线性化模型进行状态估计；
[0022]全状态负反馈处理单元，与状态估计单元相交互，用于计算全状态负反馈的控制增益，进一步计算得到非旋转坐标系下的控制指令；
[0023]变桨动作控制单元，与全状态负反馈处理单元相交互，在检测周期内检测发电机转速，计算统一的变桨角度指令，进一步计算得到三个叶片变桨角度指令，基于三个叶片变桨角度指令进行变桨动作。
[0024]优选地，变桨动作控制单元包括独立变桨角度指令模块，用于将非旋转坐标系下的控制指令通过坐标反变换计算旋转坐标系下的独立变桨角度指令；三个叶片变桨角度指令由统一的变桨角度指令和独立变桨角度指令结合计算得到。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术提供了一种风力发电机组独立变桨控制方法，通过检测三支叶片在旋转坐标系下的载荷及叶轮方位角，对风力发电机组进行状态空间建模，对其进行简化，在简化模型的基础上对风力发电机组的状态进行有效估计，将估计的状态进行全状态反馈并使用线性二次调节器对控制增益进行计算，最大程度避免多个单输入单输出回路之间耦合的影响，并兼顾控制成本与控制效果，在复杂风况下通过独立变桨提高机组在极端风况下的运行安全。本专利技术对不同叶轮方位角下的叶片模态塔架模态进行了线性化建模，克服了传统方式中采用单输入单输出多回路的方式，并创新地采用状态估计并使用线性二次调节器进行全状态反馈的方式来进行独立变桨控制。
[0027]本专利技术还公开了一种风力发电机组独立变桨控制系统，替代已有独立变桨的方案，从而避免由于多回路之间耦合，未考虑输入噪声及测量噪声给控制效果带来的影响。同时依据已采集的叶根载荷信号，叶轮方位角信号，塔架位移信号等可估计机组线性化模型，依据此模型可较为精确的估计机组状态信息从而进行更为精准的反馈闭环控制。
附图说明
[0028]图1为本专利技术基于线性二次调节器的风力发电机组独立变桨控制方法的流程图；
[0029]图2为线性二次调节器+卡尔曼滤波器的控制架构图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0031]实施例1
[0032]一种风力发电机组独立变桨控制方法，包括如下步骤：
[0033]步骤1)设定检测周期，在检测周期内检测风电机组叶片的叶根载荷及叶轮方位角，建立旋转坐标系；
[0034]步骤2)基于风电机组的叶片模态、发电机模态和塔架模态，建立线性化模型；对旋转坐标系下的叶根载荷进行坐标变换，得到非旋转坐标系下的分量，基于非旋转坐标系下的分量对线性化模型进行状态估计；
[0035]步骤3)通过估计后的风电机组状态计算全状态负反馈的控制增益，进一步计算得到非旋转坐标系下的控制指令；
[0036]步骤4)将非旋转坐标系下的控制指令通过坐标反变换计算旋转坐标系下的独立变桨角度指令；
[0037]步骤5)在检测周期内检测发电机转速，计算统一的变桨角度指令，结合独立变桨角度指令，计算得到三个叶片变桨角度指令，基于三个叶片变桨角度指令进行变桨动作。
[0038]实施例2
[0039]一种风力发电机组独立变桨控制方法，包括：
[0040]在当前的检测周期内检测三支叶片的叶根载荷及叶轮方位角，对整机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组独立变桨控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)设定检测周期，在检测周期内检测风电机组叶片的叶根载荷及叶轮方位角，建立旋转坐标系；步骤2)基于风电机组的叶片模态、发电机模态和塔架模态，建立线性化模型；对旋转坐标系下的叶根载荷进行坐标变换，得到非旋转坐标系下的分量，基于非旋转坐标系下的分量对线性化模型进行状态估计；步骤3)通过估计后的风电机组状态计算全状态负反馈的控制增益，进一步计算得到非旋转坐标系下的控制指令；步骤4)将非旋转坐标系下的控制指令通过坐标反变换计算旋转坐标系下的独立变桨角度指令；步骤5)在检测周期内检测发电机转速，计算统一的变桨角度指令，结合独立变桨角度指令，计算得到三个叶片变桨角度指令，基于三个叶片变桨角度指令进行变桨动作。2.根据权利要求1所述的风力发电机组独立变桨控制方法，其特征在于，步骤2)中，基于非旋转坐标系下的分量，结合线性化模型进行状态华估计，采用卡尔曼滤波的方式计算，使用Ricatti方程计算卡尔曼滤波器的增益。3.根据权利要求1所述的风力发电机组独立变桨控制方法，其特征在于，步骤3)中，计算全状态负反馈的控制增益具体为：引入代价方程对控制成本进行均衡，之后使用Ricatti方程来计算全状态负反馈的控制增益。4.根据权利要求1所述的风力发电机组独立变桨控制方法，其特征在于，步骤4)中，还包括对独立变桨角度指令进行限幅。5.根据权利要求1所述的风力发电机组独立变桨控制方法，其特征在于，步骤5)中，计算统一的变桨角度指令过程中，以控...

【专利技术属性】
技术研发人员：金强，蔡安民，林伟荣，焦冲，张俊杰，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：