[发明专利]一种考虑风力机变桨控制器积分饱和的自适应桨距角控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑风力机变桨控制器积分饱和的自适应桨距角控制方法，针对风力机采取桨距角调节方式实现限功率控制的过程中，由于积分饱和作用导致PI变桨控制器性能下降的现象，提出了一种抗积分饱和的自适应桨距角控制方法，在考虑变桨执行机构的惯性、速率限制特点的基础上，通过桨距角参考指令和实际指令的差值对PI控制器的积分时间常数进行自适应调整，实现风力机PI变桨控制器的抗积分饱和运行，有效避免了风速剧烈波动时控制器性能下降的问题。本发明提出了适用于风力机变桨系统的抗积分饱和方法，改进了风速剧烈波动时风力机PI变桨控制器的控制性能，可以减弱风轮转速的波动程度，能够减小变桨机构的动作幅度，缓解变桨系统的机械疲劳。

技术领域

本发明属于风力机控制领域，特别是一种考虑风力机变桨控制器积分饱和的自适应桨距角控制方法。

背景技术

积分饱和，是指执行器的执行能力受到物理限制，例如幅值限制或速率限制时，若PI控制器输出的参考指令超出了执行器的执行能力进入饱和状态，则由于积分项变化的缓慢性会导致参考指令在较长时间处于饱和状态而不能被执行器完全响应，进而使得控制器性能下降的现象。

目前可应用于风机变桨控制的抗饱和方法主要有两类，第一类是设计控制器时就考虑饱和约束，这类方法称为“一步法”，主要包括积分分离法、遇限削弱积分法以及变速积分法。这类方法的特点是原理直观，实现简单，但在控制器设计阶段就考虑饱和这一非线性约束，增加了设计难度，且这类方法对风力机变桨执行器结构参数等先验知识的依赖性较强。为解决这一问题，第二类抗饱和方法也被应用于风机变桨控制，这类方法称为“补偿法”，即先不考虑饱和约束进行线性控制器设计，然后设计系统的抗饱和补偿控制器，这使得整个控制器设计更为简便，系统的鲁棒性更好。然而，现有“补偿法”应用于风力机变桨时存在以下问题：

(1)对风机变桨机构的惯性考虑不足。补偿控制器的输入会受到执行机构惯性的影响，导致未发生饱和时也会产生补偿信号从而对主控制器的指令造成干扰；

(2)对风机变桨机构速率限制的特点考虑不足。风机变桨机构在上调和下调桨距角的过程中都存在幅值和速率限制，针对单一调节方向的“补偿法”不能起到较好的抗饱和效果；

(3)对风机变桨机构发生饱和时的饱和程度考虑不足。不同程度的饱和需要的补偿量也不同，固定的补偿系数难以适应随饱和程度变化的抗饱和需求。

基于上述情况，目前迫切需要对第二类抗饱和方法“补偿法”进行改进，需要消除风机变桨机构的惯性以及速率限制特点对抗饱和的影响，并给出有效可行的补偿系数取值规则使得补偿控制器表现出更好的抗饱和性能。但在现有技术中尚无相关描述。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种考虑风力机变桨控制器积分饱和的自适应桨距角控制方法。

实现本发明目的技术解决方案为：一种考虑风力机变桨控制器积分饱和的自适应桨距角控制方法，包括以下步骤：

步骤1，利用最小二乘法对风力机变桨执行机构的惯性环节进行参数辨识，依据参数辨识结果为桨距角参考指令的采样过程增加相同的惯性环节，从而消除变桨执行机构的惯性环节对补偿法抗积分饱和的影响；

步骤2，设置风力机PI变桨控制器的等效积分时间常数k_i′的初始值；

步骤3，根据实时运行数据，判断增加惯性环节后桨距角参考指令修正值β_d′和对应的实际指令β_r的差值Δβ是否为0，若是，执行步骤4；否则执行步骤5；

步骤4，令补偿系数k_a＝0，即PI变桨控制器的等效积分时间常数k_i′保持为原积分时间常数k_i不变，执行步骤8；