[发明专利]风力发电机组的变桨控制方法、装置和风力发电机组

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术，尤其涉及一种风力发电机组的变桨控制方法、装置和风力发电机组。

背景技术

风力发电是通过风电机组将风能转换为电能的能源利用技术，是目前新能源开发领域中发展最快和最具潜力的“绿色能源”。

变桨系统是风电机组中的重要组成部分，目前变桨系统采用的控制方法中，主要是基于PID（比例-积分-微分）的闭环控制方法。

变桨系统主要包括变桨控制器、变桨变频器和变桨电机等，变桨系统在工作过程中，变桨控制器可从风电机组的控制器中获取期望变桨角度值，将期望变桨角度值作为目标信号，实际变桨角度值作为反馈信号，实时的将目标信号与反馈信号进行比较，以生成偏差信号提供给变桨变频器，变桨变频器根据该偏差信号生成对变桨电机的控制信号，控制变桨电机转动，以驱动叶片改变桨距角，最终使变桨系统输出的实际变桨角度值与期望变桨角度值的差值达到所需的误差精度要求。并且，当变桨系统中存在扰动时，例如，当发生阵风时可能导致风电机组中风机叶轮的转速突然增大，此时，变桨控制器需根据扰动的情况改变变桨系统输出的变桨角度值，以抑制外界扰动对风力发电机组产生的影响。

该种基于PID的闭环控制方法中，是通过对变桨控制器中三个单元（即比例单元P、积分单元I和微分单元D）的控制参数Kp、Ti和Td进行选取，使整个变桨系统的性能达到最优，即使输出值与输入值无限接近，即误差信号最小，从而满足调节精度的要求，又要使调节时间最短。

但是，上述的三个控制参数Kp、Ti和Td对系统的性能影响是相互作用的，比例单元P的作用是将差值信号进行放大，增益系数Kp越大，调节灵敏度越高，但是由于传动系统具有惯性，当调节结果达到最佳值时不能立即停止，即导致“超调”，为此引入积分单元I，其效果是，使经过比例单元P放大后的差值信号在积分时间Ti内逐渐减小，从而减缓其变化速度，防止振荡，使系统的动态性能得到优化，但积分时间Ti太长，又会使当系统存在扰动时，系统难以迅速恢复，因此，通过微分单元进行补偿，微分时间Td会根据差值信号变化的速率，调前给出一个相应的调节动作，从而缩短调节时间，克服因积分时间Ti过长而使系统恢复滞后的缺陷，增强系统抑制扰动的能力。

由上述技术方案可知，该控制方法中，对系统动态性能要求与对抑制扰动能力的要求是相互矛盾的，目前，通常是通过反复实验的方法寻找针对变桨系统的合适控制参数Kp、Ti和Td，以在满足系统动态性能与抑制扰动能力之间寻找一个平衡点。

发明内容

本发明的第一个方面是提供一种风力发电机组的变桨控制方法，以解决现有技术基于PID闭环控制方法中，对变桨系统动态性能的要求与抑制扰动能力要求中的设计矛盾。

本发明提供的风力发电机组的变桨控制方法，包括：

根据变桨角度给定值获取变桨系统的理想变桨角度值，并将变桨系统输出的实际变桨角度值与所述理想变桨角度值进行比较以生成变桨控制值，以提供给变桨系统，控制变桨系统动作以使变桨系统对其输出的实际变桨角度值进行调节；

根据所述变桨控制值获取变桨系统的理论变桨角度值，并将变桨系统输出的实际变桨角度值与所述理论变桨角度值进行比较以获取系统扰动值，且根据所述系统扰动值获取变桨控制调节值，以对所述变桨控制值进行调节。

本发明另一个方面还提供了一种风力发电机组的变桨控制装置，包括：

系统跟踪模块，用于根据变桨角度给定值获取变桨系统的理想变桨角度值，并将变桨系统输出的实际变桨角度值与所述理想变桨角度值进行比较以生成变桨控制值，以提供给变桨系统，控制变桨系统动作以使变桨系统对其输出的实际变桨角度值进行调节；

扰动消除模块，用于根据所述变桨控制值获取变桨系统的理论变桨角度值，并将变桨系统输出的实际变桨角度值与所述理论变桨角度值进行比较以获取系统扰动值，且根据所述系统扰动值获取变桨控制调节值，以对所述变桨控制值进行调节。

本发明还提供了一种风力发电机组，包括风电机组控制器、变桨系统和变桨角度采集器，还包括本发明提供的变桨控制装置，其中，

所述风电机组控制器用于根据风电机组的实际工况获取变桨角度给定值，以提供给变桨控制装置中的系统跟踪模块；

所述变桨角度采集器用于采集变桨系统输出的实际变桨角度值以提供给变桨控制装置中的系统跟踪模块和扰动消除模块；

所述变桨系统用于根据所述变桨控制装置发送的变桨控制值动作，以使变桨系统对其输出的实际变桨角度值进行调节。