[發明專利]一種考慮風力機變槳控制器積分飽和的自適應槳距角控制方法

有效

• 申請號: 202011227768.4
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112459964B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 陳載宇;王文博;殷明慧;周連俊;汪成根;卜京;孫蓉;劉建坤;鄒云;王靜波;彭云
• 申請（專利權）人: 南京理工大學;國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院;江蘇金風科技有限公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;F03D17/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 王安

本發明公開了一種考慮風力機變槳控制器積分飽和的自適應槳距角控制方法，針對風力機采取槳距角調節方式實現限功率控制的過程中，由于積分飽和作用導致PI變槳控制器性能下降的現象，提出了一種抗積分飽和的自適應槳距角控制方法，在考慮變槳執行機構的慣性、速率限制特點的基礎上，通過槳距角參考指令和實際指令的差值對PI控制器的積分時間常數進行自適應調整，實現風力機PI變槳控制器的抗積分飽和運行，有效避免了風速劇烈波動時控制器性能下降的問題。本發明提出了適用于風力機變槳系統的抗積分飽和方法，改進了風速劇烈波動時風力機PI變槳控制器的控制性能，可以減弱風輪轉速的波動程度，能夠減小變槳機構的動作幅度，緩解變槳系統的機械疲勞。

技術領域

本發明屬于風力機控制領域，特別是一種考慮風力機變槳控制器積分飽和的自適應槳距角控制方法。

背景技術

積分飽和，是指執行器的執行能力受到物理限制，例如幅值限制或速率限制時，若PI控制器輸出的參考指令超出了執行器的執行能力進入飽和狀態，則由于積分項變化的緩慢性會導致參考指令在較長時間處于飽和狀態而不能被執行器完全響應，進而使得控制器性能下降的現象。

目前可應用于風機變槳控制的抗飽和方法主要有兩類，第一類是設計控制器時就考慮飽和約束，這類方法稱為“一步法”，主要包括積分分離法、遇限削弱積分法以及變速積分法。這類方法的特點是原理直觀，實現簡單，但在控制器設計階段就考慮飽和這一非線性約束，增加了設計難度，且這類方法對風力機變槳執行器結構參數等先驗知識的依賴性較強。為解決這一問題，第二類抗飽和方法也被應用于風機變槳控制，這類方法稱為“補償法”，即先不考慮飽和約束進行線性控制器設計，然后設計系統的抗飽和補償控制器，這使得整個控制器設計更為簡便，系統的魯棒性更好。然而，現有“補償法”應用于風力機變槳時存在以下問題：

(1)對風機變槳機構的慣性考慮不足。補償控制器的輸入會受到執行機構慣性的影響，導致未發生飽和時也會產生補償信號從而對主控制器的指令造成干擾；

(2)對風機變槳機構速率限制的特點考慮不足。風機變槳機構在上調和下調槳距角的過程中都存在幅值和速率限制，針對單一調節方向的“補償法”不能起到較好的抗飽和效果；

(3)對風機變槳機構發生飽和時的飽和程度考慮不足。不同程度的飽和需要的補償量也不同，固定的補償系數難以適應隨飽和程度變化的抗飽和需求。

基于上述情況，目前迫切需要對第二類抗飽和方法“補償法”進行改進，需要消除風機變槳機構的慣性以及速率限制特點對抗飽和的影響，并給出有效可行的補償系數取值規則使得補償控制器表現出更好的抗飽和性能。但在現有技術中尚無相關描述。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種考慮風力機變槳控制器積分飽和的自適應槳距角控制方法。

實現本發明目的技術解決方案為：一種考慮風力機變槳控制器積分飽和的自適應槳距角控制方法，包括以下步驟：

步驟1，利用最小二乘法對風力機變槳執行機構的慣性環節進行參數辨識，依據參數辨識結果為槳距角參考指令的采樣過程增加相同的慣性環節，從而消除變槳執行機構的慣性環節對補償法抗積分飽和的影響；

步驟2，設置風力機PI變槳控制器的等效積分時間常數k_i′的初始值；

步驟3，根據實時運行數據，判斷增加慣性環節后槳距角參考指令修正值β_d′和對應的實際指令β_r的差值Δβ是否為0，若是，執行步驟4；否則執行步驟5；

步驟4，令補償系數k_a＝0，即PI變槳控制器的等效積分時間常數k_i′保持為原積分時間常數k_i不變，執行步驟8；