風電機組液壓變槳距系統的控制方法
2023-06-02 23:24:16 2
專利名稱：風電機組液壓變槳距系統的控制方法
技術領域：
本發明是一種通過改進最小方差控制策略，對風電機組液壓變槳距系統進行 調節，使槳葉節距角快速、穩定、無偏差的跟蹤設定值的一種方法。
背景技術：
風電機組變槳距系統通過槳距調節器，完成葉片節距角的調節，在額定風速 以下，保證最大風能捕獲效率，在高風速時，限制功率輸出。液壓變槳距節距調 節器通過比例閥來實現的。控制器根據位置傳感器信號給出一個一10 + 10V的控制電壓，通過比例閥控制器轉換成一定範圍的電流信號，控制比例閥輸出流量的 方向和大小。電流信號的大小，正比例決定比例閥閥位開度，調節油路流量。電 流信號的正負，決定了油路的方向。油液到達液壓缸，按比例閥輸出的方向和流 量推動活塞杆前進或者後退，控制槳葉節距角在一定範圍內運動。由於風速的隨機性和不確定性，塔影、風切變、偏航迴轉等引起的負載擾動， 變槳距開關槳的往復動作，液壓驅動大質量葉輪負載的慣性環節，使得變槳距控 制系統有參數非線性、參數時變性、滯後性等技術特點。最小方差控制方法對於大滯後系統的控制是十分有益的，同時對於參數非線 性和時變系統，也有一定的實用價值。傳統最小方差控制方法要求對象必須是最 小相位系統，對靠近單位圓的穩定零點非常靈敏。對非最小相位系統，由於含有 不穩定零點，導致控制輸入的非有界而無法設計控制系統。同時，控制作用可能 過大，不準確的初始條件、延遲時間的不確定等都可能顯著影響最優預測，而使 控制過程發散。發明內容技術問題本發明的目的是提供一種風電機組液壓變槳距系統的控制方法， 用於風電機組液壓變槳距系統，即解決變槳距控制系統參數非線性、時變性、滯 後性等問題。技術方案為了克服上述問題，通過採用改進的最小方差控制方法，彌補傳 統方法的不足，用於液壓變槳距控制系統，使得系統響應速度快，動態跟蹤性能 好，無調節誤差，同時，無需在線辨識對象模型，充分利用控制方法的魯棒性。本發明的風電機組液壓變槳距系統的控制方法採用最小方差控制，實現步驟 如下步驟l:根據液壓變槳距系統被控對象的純延遲時間，延長預測步長，選擇純 延遲時間之後的某一時刻作為預測步長i，使得丄大於對象純延遲時 間；步驟2:由預測步長丄和被控對象離散模型的參數多項式j(《-"-i+J;《('和醜( 一')-藝6,f, 及關係式 1 = ￡(9—"j(《—iG(《—1) 和F。-')-五(^)風r1)，得到多項式￡(9-') = 1 + 2>^， G(^)-藝g,('，^(,')= S 乂《—'，存入控制器模塊中，用於獲得控制系統的控制量，其中A-l-《-、《—為後移算子，"。，"6分別為對象離散模型參數多 項式j(《—1)， 5(《-"的階 夂，。,(i = l...wa )， A( ! = . . )，e,.(/ = l."i — l)， g,. (/ = 0..."。)， / (/ = 0-.."6+￡-1)分別為對應多項式的係數； 步驟3:控制系統在線實時記錄到當前採樣時刻&為止控制器所有的控制信 號{"(fc-1)，"(fc-2),…)和變槳距系統輸出的槳距角觀測數據 p(A0，e(A-1),."}，同時記錄控制量的增量(A"(A-l),A"(" 2)，"'}，並 接收風電機組主控制器給出的期望槳距角信號6{ 的，利用控制模塊中 存儲的多項式G(《力和F。-^，按以下關係式得到控制系統的控制量當前時刻控制輸出較前一時刻控制輸出的控制增量，《為任意正常 數；步驟4:控制系統的控制量"(0，輸出後轉化為一個一10 + 10V範圍內的控制電壓信號，通過比例閥控制器轉換成一定範圍的電流信號，該電流 信號按正負極性控制比例閥接通不同的迴路，並由電流大小正比例確 定閥門閥位開度大小，控制壓力油的流量，使壓力油由接通迴路流入液壓缸的前端或後端，從而推動液壓缸活塞向後或向前運動，操縱槳 距角在確定範圍內變化，跟蹤期望的槳距角信號。 預測步長i可在純延遲時間之後到穩態時刻之間的任意時刻進行預測。 控制增量A"(/t)計算中，採用時變限幅策略，S卩，在控制初期取較大cr/。值，限制控制幅度，在控制後期逐漸減小《/。值，加快收斂的時變"/。的設計方法。選擇純延遲時間之後的某一時刻作為預測步長丄時，還可以在純延遲時間之 後到穩態時刻之間選擇預測步長^和A,使得^:^A，其中^靠近對象純延遲時間後的響應階段，Z2靠近對象穩態階段，對這兩個預測步長得到的控制量",(/t)和"2("進行加權折衷w(W = (l-+yffM2W， /ff為輸入柔化係數，且0^〃S1，得到的再作為控制系統的控制量輸出。有益效果通過延長預測步長、採用時變限幅策略和柔化控制作用等方法對 傳統最小方差控制進行改進，用於風電機組液壓變槳距控制系統，使得系統響應 迅速，無動態偏差。同時，對於對象模型的時變性，充分利用該方法的魯棒性， 無需在線辨識對象模型，仍能獲得良好的控制效果。
圖1是風電機組液壓變槳距控制系統的示意圖。
具體實施方式
本發明的風電機組液壓變槳距系統的控制方法採用最小方差控制，控制器在 線實時記錄到當前採樣時刻^為止被控對象所有的輸入控制信號 1),"("2),…)和輸出的槳距角觀測數據^(",^-1)，…)，並根據期望的槳距角信號，按照如下關係式得到控制系統的控制量"(/t):"/o '=0 '=1控制器輸出控制量"(it)轉化為一個一10 + 10V範圍內的控制電壓信號，通過比例閥控制器轉換成一定範圍的電流信號，該電流信號按正負極性控制比例閾接 通不同的迴路，並由電流大小正比例確定閥門閥位開度大小，控制壓力油的流量， 使壓力油由接通迴路流入液壓缸的前端或後端，從而推動液壓缸活塞向後或向前運動，操縱槳距角在一定範圍內變化，跟蹤期望的槳距角信號。預測步長丄可在純延遲時間之後到穩態時刻之間的任意時刻進行預測。 控制增量A"(/t)計算中，採用時變限幅策略，即，在控制初期取較大《/。值，限制控制幅度，在控制後期逐漸減小a/。值，加快收斂的時變a/。的設計方法。選擇純延遲時間之後的某一時刻作為預測步長￡時，還可以在純延遲時間之 後到穩態時刻之間選擇預測步長A和Z2，使得Z2〉A，其中^靠近對象純延遲時 間後的響應階段，^靠近對象穩態階段，對這兩個預測步長得到的控制量",(/t)和 "2(/t)進行加權折衷w(W = (l-釣"K/t) + P"2(/t)， / 為輸入柔化係數，且0S"SI，得 到的"(/t)再作為控制系統的控制量輸出。本發明是一種針對風電機組液壓變槳距系統參數非線性、時變性、滯後性特 點，採用一種改進的最小方差控制方法，使得控制系統響應迅速，無動態偏差， 無需在線辨識對象模型。改進的最小方差控制方法具體實現過程如下1、 離線辨識被控對象模型，選擇釆樣時間，將對象模型離散化，採用受控自回歸積分滑動平均模型^Votx^(r')"w+ffi描述被控對象，&為採樣時厶刻，0(/fc)為fc時刻槳距角信號，w(W為&時刻控制器輸出控制信號、《W為液壓 系統在fc時刻受到的擾動信號，d為被控對象的純延遲。由傳統最小方差控制控制律可知，當前的輸入控制作用要在^的下一採樣時 刻產生作用，對有^步延遲的對象做未來rf步的最優預測存在較大誤差，可能會使 控制作用幅度過大。針對這種情況，根據對象純延遲麼適當延長預測步長，取^步和i2步作為預測步長，其中A步靠近對象純延遲^後的響應階段，^步靠近對 象穩態階段。2、 由預測步長和被控對象離散模型的參數多項式，求解丟番圖方程 1 = ￡。-'M(《-+《—^(9—^及關係式F(r1) = b5(《—1)，從而得到A步和Zj步對應 的多項式/^(^)、 "和i^(《-1)、 G^(r1)。3、 在線實時記錄到當前採樣時刻;fc為止控制器所有的控制信號 - - 2),'"}和變槳距系統輸出的槳距角觀測數據{6(*)，^(*-，同時記錄控制量的增量(A"(" 2),…)，並接收風電機組主控制器給出的期望槳距角信號&(fc)，利用第二步中得到的^(9—')、 ')和&(一)、 G^(9-')，由如下關係式:Aformula see original document page 8分別得到A步和i2步對應的控制量""/t)和A0t)。在控制收斂過程中，《/。的大小直接影響控制動作的大小，進而影響收斂速度 的快慢。通常情況下，最大控制幅度往往出現在突變過程的初期，因此採用時變a/。 的設計方法，在控制初期限制控制幅度，在控制後期加快收斂。為限制控制作用大幅變化，同時加快收斂速度，將控制作用在",(/t)和^Ot)之 間進行折衷m(W = (1-+/ m2(A:)， y3為輸入柔化係數,且O^P5:i。 "(A:)即作為 控制器的輸出。4、控制系統的控制量"(it)，輸出後轉化為一個一10 + 10V範圍內的控制電 壓信號，通過比例閥控制器轉換成一定範圍的電流信號，該電流信號按正負極性 控制比例閥接通不同的迴路，並由電流大小正比例確定閥門閥位開度大小，控制 壓力油的流量，使壓力油由接通迴路流入液壓缸的前端或後端，從而推動液壓缸 活塞向後或向前運動，操縱槳距角在確定範圍內變化，跟蹤期望的槳距角信號。
權利要求
1、一種風電機組液壓變槳距系統的控制方法，其特徵在於該系統控制方法採用最小方差控制，實現步驟如下步驟1根據液壓變槳距系統被控對象的純延遲時間，延長預測步長，選擇純延遲時間之後的某一時刻作為預測步長L，使得L大於對象純延遲時間；步驟2由預測步長L和被控對象離散模型的參數多項式<![CDATA[ A ( q - 1 )=1+ i=1 na a i q -i ]]>和
2、根據權利要求1所述的風電機組液壓變槳距系統的控制方法，其特徵在於 預測步長Z可在純延遲時間之後到穩態時刻之間的任意時刻進行預測。
3、 根據權利要求1所述的風電機組液壓變槳距系統的控制方法，其特徵在於 控制增量A"(W計算中，採用時變限幅策略，即，在控制初期取較大"/。值，限制 控制幅度，在控制後期逐漸減小《/。值，加快收斂的時變a/。的設計方法。
4、 根據權利要求2所述的風電機組液壓變槳距系統的控制方法，其特徵在於 選擇純延遲時間之後的某一時刻作為預測步長i時，還可以在純延遲時間之後到 穩態時刻之間選擇預測步長A和i2，使得i2〉4，其中^靠近對象純延遲時間後的響應階段，^靠近對象穩態階段，對這兩個預測步長得到的控制量K,(W和"2(W 進行加權折衷"W = (l-+A2W， 〃為輸入柔化係數，且0^/^1，得到的 再作為控制系統的控制量輸出。
全文摘要
風電機組液壓變槳距系統的控制方法針對傳統最小方差控制方法的不足，提出一種延長預測步長，並與時變限幅策略和柔化控制作用相結合的改進最小方差控制方法，解決了傳統最小方差控制方法對非最小相位系統和具有靠近單位圓的穩定零點的系統控制輸入非有界，控制作用過大等問題。該系統控制方法採用最小方差控制，控制器在線實時記錄到當前採樣時刻k為止被控對象所有的輸入控制信號{u(k-1)，u(k-2)，…}和輸出的槳距角觀測數據{θ(k)，θ(k-1)，…}，並根據期望的槳距角信號θm(k)，得到控制系統的控制量u(k)。
文檔編號F03D7/00GK101240775SQ20081001978
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月14日 優先權日2008年3月14日
發明者呂劍虹, 科 吳, 亮 趙 申請人:東南大學