一种漂浮式风电机组多目标变桨控制、系统及设备技术方案

本发明专利技术提供的一种漂浮式风电机组多目标变桨控制、系统及设备，包括：步骤1，分别对获取得到的漂浮式风电机组对应的风轮转速信号和基础纵摇角速度信号进行滤波处理，得到滤波后风轮转速信号和滤波后基础纵摇角速度；步骤2，根据得到的滤波后风轮转速信号和滤波后基础纵摇角速度，计算风轮转速误差和基础纵摇角误差的误差变量；步骤3，对得到的误差变量进行处理，分别得到PID控制器的三个增益和积分分离逻辑量；步骤4，根据得到的误差变量、PID控制器的三个增益和积分分离逻辑量计算桨距角控制量；步骤5，根据得到的桨距角控制量实现对叶片的变桨进行控制；本发明专利技术能够综合提升额定风速以上漂浮式风电机组的风轮转速与基础纵摇稳定性。定性。定性。

【技术实现步骤摘要】
一种漂浮式风电机组多目标变桨控制、系统及设备


[0001]本专利技术属于风力发电
，具体涉及一种漂浮式风电机组多目标变桨控制、系统及设备。

技术介绍

[0002]随着风电产业的快速发展，陆地风能资源逐步开发殆尽，海上风电已成为风电新增装机的重点。近海区风电装机主要以固定式海上风电机组为主，而从经济性角度考虑，漂浮式海上风电机组是深远海区风电装机的首选。与固定式海上风电机组以及陆地风电机组不同，漂浮式风电机组在浮式基础中引入了额外的自由度，大大增加了系统的不确定性和不稳定性。
[0003]在额定风速以上，风电机组控制系统的目标为最大功率和最大风轮转速限制，这时发电机电磁转矩常保持在额定转矩或为额定功率与当前转速的比值，变桨控制系统通过调节桨距角改变风轮气动力，使发电机转速和功率保持在额定值。经典的变桨控制器检测风轮转速，将风轮转速与额定转速相比较，经过PID控制器计算桨距角控制量，并将桨距角控制量发送给变桨距执行器。由于转速或功率关于桨距角的敏感度在不同风速下是有显著差异的，即风轮转速或功率控制系统是非线性的，经典PID无法满足广泛风速范围内的动态性能需求。为了实现非线性控制，部分现有变桨控制技术按实时桨距角信号或风速信号对经典PID的增益参数进行非线性调度，但调度规律基于稳态工作点和小扰动假设。由于大惯性和风速快速变化的问题，风电机组往往偏移稳态工作点，其工况不满足小扰动假设。此外，对于受风浪流耦合作用的漂浮式风电机组，其工况更不满足稳态工作点和小扰动假设。更重要地是，漂浮式风电机组的变桨控制将诱导负的推力梯度，该梯度将在漂浮式基础纵摇模态中引入负气动阻尼，若一味追求功率恒定，将导致纵摇幅度显著加大。因此，开发一种兼顾基础纵摇运动与风轮转速的漂浮式风电机组非线性变桨控制方法具有重大意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种漂浮式风电机组多目标变桨控制、系统及设备，解决了在额定风速以上的漂浮式风电机组的风轮转速与基础纵摇的稳定性差的缺陷。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]本专利技术提供的一种漂浮式风电机组多目标变桨控制方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，分别对获取得到的漂浮式风电机组对应的风轮转速信号和基础纵摇角速度信号进行滤波处理，得到滤波后风轮转速信号和滤波后基础纵摇角速度；
[0008]步骤2，根据得到的滤波后风轮转速信号和滤波后基础纵摇角速度，计算风轮转速误差和基础纵摇角误差的误差变量；
[0009]步骤3，对得到的误差变量进行处理，分别得到PID控制器的三个增益和积分分离逻辑量；
[0010]步骤4，根据得到的误差变量、PID控制器的三个增益和积分分离逻辑量计算桨距
角控制量；
[0011]步骤5，根据得到的桨距角控制量实现对叶片的变桨进行控制。
[0012]优选地，步骤1中，对风轮转速信号进行滤波时，其截止频率为漂浮式基础纵摇模态的一阶固有频率；对基础纵摇角速度信号进行滤波时，其截止频率为2倍的漂浮式基础纵摇模态一阶固有频率。
[0013]优选地，步骤2中，根据得到的滤波后风轮转速信号和滤波后基础纵摇角速度，计算风轮转速误差和基础纵摇角误差的误差变量，具体方法是：
[0014]首先，根据得到的滤波后风轮转速信号和滤波后基础纵摇角速度分别计算得到风轮转速误差和基础纵摇角速度误差；
[0015]其次，利用线性二次型矩阵计算得到风轮转速误差和基础纵摇角误差的误差变量。
[0016]优选地，步骤3中，对得到的误差变量进行处理得到PID控制器的三个增益，具体方法是：
[0017]首先，计算误差变量的导数；
[0018]其次，将误差变量和误差变量的导数进行模糊化处理，得到PID控制器的三个增益增量；
[0019]最后，将得到PID控制器三个增益增量分别与对应的固定值相加得到PID控制器的三个增益。
[0020]优选地，步骤3中，对得到的误差变量进行处理得到积分分离逻辑量，具体方法是：
[0021]若|h|>ε，则积分分离逻辑量为0；
[0022]若|h|<ε，则积分分离逻辑量为1；
[0023]其中，ε为正常数。
[0024]优选地，步骤4中，根据得到的误差变量、PID控制器的三个增益和积分分离逻辑量计算桨距角控制量，具体如下：
[0025][0026]其中，m为桨距角控制量；k
p
、k
i
和k
d
分别为PID控制器的三个增益；h为误差变量；j为积分分离逻辑量。
[0027]一种漂浮式风电机组多目标变桨控制系统，包括：
[0028]数据处理单元，用于分别对获取得到的漂浮式风电机组对应的风轮转速信号和基础纵摇角速度信号进行滤波处理，得到滤波后风轮转速信号和滤波后基础纵摇角速度；
[0029]桨距角控制量计算单元，用于根据得到的滤波后风轮转速信号和滤波后基础纵摇角速度，计算风轮转速误差和基础纵摇角误差的误差变量；
[0030]对得到的误差变量进行处理，分别得到PID控制器的三个增益和积分分离逻辑量；
[0031]根据得到的误差变量、PID控制器的三个增益和积分分离逻辑量计算桨距角控制量；
[0032]控制单元，用于根据得到的桨距角控制量实现对叶片的变桨进行控制。
[0033]一种漂浮式风电机组多目标变桨控制设备，包括处理器、以及能够在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述方法的步
骤。
[0034]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0035]本专利技术提供的一种漂浮式风电机组多目标变桨控制方法，所述方法依据基础纵摇角速度和风轮转速来计算所需桨距角，兼顾了基础纵摇角速度与风轮转速因变桨引起的耦合作用,避免变桨控制过分追求风轮转速稳定而造成基础纵摇运动剧烈，也有利于减缓基础纵摇角速度过大在对风轮转速中引起的干扰；所述方法对风轮转速进行低通滤波，其截止频率为漂浮式基础纵摇模态的一阶固有频率，一方面避免高频扰动对转速控制系统的干扰，另一方面减少变桨控制在基础纵摇模态中引入过大的负阻尼，防止纵摇振动幅度过大；该方法对基础纵摇角速度进行低通滤波，可减少高频波浪扰动对变桨控制的干扰；所述方法利用正定二次型矩阵对风轮转速误差和基础纵摇角速度误差进行权重分配，构建兼顾二者误差的误差单变量，方法简单、灵活性强，基于单变量设计控制器，依然可实现多目标控制，大大简化控制器设计流程。便于基于单变量；所述方法将PID固定增益值与模糊控制计算出的增益相加计算总增益，可保证手工调节的PID控制器的基本性能，避免因模糊控制模糊化或去模糊化或推理规则设置不当引起的控制误差，又能由模糊控制实现参数非线性调度，使得变桨控制在较广的风速范围和扰动下都具有较好的动态性能及稳态精度；所述方法按偏差h的大小进行PID控制的积分分离，兼顾平变桨控制的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种漂浮式风电机组多目标变桨控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，分别对获取得到的漂浮式风电机组对应的风轮转速信号和基础纵摇角速度信号进行滤波处理，得到滤波后风轮转速信号和滤波后基础纵摇角速度；步骤2，根据得到的滤波后风轮转速信号和滤波后基础纵摇角速度，计算风轮转速误差和基础纵摇角误差的误差变量；步骤3，对得到的误差变量进行处理，分别得到PID控制器的三个增益和积分分离逻辑量；步骤4，根据得到的误差变量、PID控制器的三个增益和积分分离逻辑量计算桨距角控制量；步骤5，根据得到的桨距角控制量实现对叶片的变桨进行控制。2.根据权利要求1所述的一种漂浮式风电机组多目标变桨控制方法，其特征在于，步骤1中，对风轮转速信号进行滤波时，其截止频率为漂浮式基础纵摇模态的一阶固有频率；对基础纵摇角速度信号进行滤波时，其截止频率为2倍的漂浮式基础纵摇模态一阶固有频率。3.根据权利要求1所述的一种漂浮式风电机组多目标变桨控制方法，其特征在于，步骤2中，根据得到的滤波后风轮转速信号和滤波后基础纵摇角速度，计算风轮转速误差和基础纵摇角误差的误差变量，具体方法是：首先，根据得到的滤波后风轮转速信号和滤波后基础纵摇角速度分别计算得到风轮转速误差和基础纵摇角速度误差；其次，利用线性二次型矩阵计算得到风轮转速误差和基础纵摇角误差的误差变量。4.根据权利要求1所述的一种漂浮式风电机组多目标变桨控制方法，其特征在于，步骤3中，对得到的误差变量进行处理得到PID控制器的三个增益，具体方法是：首先，计算误差变量的导数；其次，将误差变量和误差变量的导数进行模糊化处理，得到PID控制器的三个增益增量；最后，将得到PID控制器三个增益增量分别与对应的固...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭靖，王海明，许瑾，薛文超，汪臻，周军军，邓巍，陈高楼，刘腾飞，
申请(专利权)人：华能浙江能源开发有限公司清洁能源分公司，
类型：发明
国别省市：