[发明专利]一种风力发电机组变桨系统辨识方法

说明书

本发明公开了一种风力发电机组变桨系统辨识方法，将变桨系统建模为二阶系统，根据现场采样输入时间值和对应系统输出桨距角，通过最小二乘法求解最优参数建立优化目标，基于牛顿法拟合参数闭环验证优化目标小于限定值，得到模拟桨距角传递函数；采用二阶系统建立变桨系统模型，适应变桨系统动态变化；采用牛顿法求解变桨系统参数，提高变桨系统辨识精度，辨识快速；闭环设计，输出系统控制稳定。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风力发电机组变桨系统辨识方法。

背景技术

变桨系统作为大型风电机组控制系统的核心部件之一，对机组的安全、稳定、高效的运行至关重要。稳定的变桨控制已经成为当前发电机组控制研究的难点与热点。变桨系统的实际性能直接影响到控制效果，变响应过慢可能会触发机组变桨角度跟踪误差，响应超调则会增加机组载荷。因此，有必要对实际机组的变桨系统进行辨识，完成机组的闭环设计。

通常情况下，变桨系统作为典型的位置伺服控制系统，由外部电源、备用电源、感应电机、减速齿轮箱、驱动器、控制器和传感器组成。当外部电源供电故障时，备用电源投入使用，为变桨驱动器供电，以确保桨叶能够紧急顺桨。变桨控制接收风电机组住控制器的指令，以及传感器测量的电流、速度和位置信号，经分析运算后给出变桨电机的速度或位置信号。减速齿轮箱将电机的高速、小转矩转为桨叶的低速、大运动。通常情况下，变桨系统建模为一阶系统或者复杂的机理模型。一阶系统存在模型较为简单，难以适应变桨系统动态变化，而复杂的机理模型辨识难度较高的问题。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种基于漂浮式风机的容错自适应PID控制方法”，其公告号CN111852763A，包括包括对风机桨叶机械结构进行分析，建立了描述桨距角调整动态过程的动力学方程；建立变桨系统非线性模型后，引入系统执行器故障；基于桨距角跟踪，引入速率函数，获得转换误差，从而设计控制器；用设计的控制器控制风力发电机变桨系统。本发明采用PID控制器方法，通过建立包含扰动与系统不确定性的变桨系统模型，引入速率函数，所设计的控制器增益自动自适应更新，可以有效地处理未知的执行器故障、建模不确定性和外部干扰，而不需要进行故障检测和隔离过程，消除执行器故障的影响，能保证在各种工况下降低风机载荷，维持风机功率稳定。但是存在控制方法较简单，难以适应变桨系统动态变化，影响变桨系统的控制效果，造成变相应过慢或者变相应超调的问题。

发明内容

本发明是为了解决现有技术的风力发电机变桨系统的模型过于简单导致无法适应变桨系统动态变化或者模型过于复杂难以辨识的问题，提供一种适应变桨系统动态变化、识别快速、控制稳定的风力发电机组变桨系统辨识方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种风力发电机组变桨系统辨识方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S1：将变桨系统建模为二阶系统，如下：

步骤S2：将变桨系统建模转化到频域，系统传递函数建模如下:

其中，ε为变桨系统的阻尼比，w为变桨系统无阻尼震荡频率；

通常情况下，阻尼比越小，系统超调越严重；w越大，系统响应越快。

步骤S3：给定变桨系统一阶跃输入C(t)，则变桨系统的响应满足如下关系:

其中，r为桨距角，t为输入时间，θ＝arccosε，

变桨系统建模采用二阶系统，适应变桨系统动态变化，能够快速辨识并且可以跨平台应用，应用价值极高。