CN109458295B - 风力发电机组的变桨控制方法、装置、电子设备和介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种风力发电机组的变桨控制方法、装置、电子设备和介质。该方法包括：获取给定变桨位置和风力发电机组的实际变桨位置之间的角度差值；根据所述角度差值和修正时间，得到变桨速度差值；根据原始给定变桨速度和所述变桨速度差值，确定新的给定变桨速度，并根据所述新的给定变桨速度进行风力发电机组的变桨控制。该方法可以防止变桨系统超调和产生桨距角跟随误差。

Description

风力发电机组的变桨控制方法、装置、电子设备和介质

技术领域

本申请涉及风力发电技术领域，具体而言，本发明涉及一种风力发电机组的变桨控制方法、装置、电子设备和介质。

背景技术

随着风力发电机容量的大型化、变桨距控制、变速恒频先进风电技术是当前风力发电机主流的控制方式。发电机是风力发电机组中将风能转化为电能的重要装置，它不仅直接影响输出电能的质量和效率，也影响整个风电转换系统的性能和装置结构的复杂性。同时，风能是低密度能源，具有不稳定和随机性特点，控制技术是风力机安全高效运行的关键，因此研制适合于风电转换、运行可靠、效率高、控制且供电性能良好的发电机系统和先进的控制技术是风力发电推广应用的关键。

风力发电机中，两项最核心的控制是转矩控制和桨距角控制；为了提高控制的精度，以及模型的简单化，目前最常用的是PID控制方式；其中，转矩控制的目的为：使风力发电机依据当前转速值，执行最合理的转矩值，以实现最大功率跟踪，如果转矩值超调或响应时间慢，会降低风力发电机的风能利用系数，降低风力发电机的发电量。

桨距角控制的目的为：从空气动力学角度来考虑，当风速过高时，只有通过调整桨叶节距，改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，才能使功率输出保持稳定；根据贝茨理论，如果桨距角(也叫桨角)位置超调，会使风力发电机不能吸收最大风能，甚至造成风力发电机转速不稳定；如果桨距角调节响应时间太慢，会使风力发电机不能及时按控制命令执行变桨，也会使风力发电机不能吸收最大风能，甚至造成风力发电机转速过速；此外，风力发电机在顺桨过程中，如果位置超调，有可能会触发限位开关，或引起停机时叶片位置震荡，影响变桨电机的使用寿命；所以，桨角跟随误差(给定位置和实际位置的差值)也成为检验变桨系统跟随性能的重要指标。

然而，在实际控制中，由于通信数据传输、系统响应快慢、加速时间、变桨电机松闸都需要一定的时间，即变桨系统桨距角的调节必然具有一定的滞后性，时间一般为500ms-1s，假如以3度的给定速度运行，那么桨距角的跟随误差很可能为1.5度；桨距角跟随误差的存在，会影响变桨系统和风力发电机的控制性能。

PID(比例(proportion)、积分(integral)、导数(derivative))控制器作为最早实用化的控制器已有近百年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。PID控制中，最关键的对其比例、积分、微分的参数整定，三个参数的作用和特点分别为：

1)比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。

比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的振荡。

2)积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。加入积分调节可使系统稳定性下降，但动态响应会变慢。所以积分往往会引起系统超调；

3)微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。

综上，目前加快变桨系统影响速度，一般有两种方法：

1)采样响应时间很快的继电器

这种方法只能在一定程度上缩短系统响应时间，但PID控制本身的响应时间依然存在。一是系统必然有一定的加速时间，而加速过快，系统受到的载荷也会很大；此外，在变桨系统的控制中，为了防止变桨电机堵转，所以必须是先松闸，再发送速度命令，此过程的等待时间比松闸继电器的响应时间要大得多，所以这种方法不能从根本上解决问题。

2)增大PID控制参数

加大PID控制参数可以提高系统的相应性能，但由于PID参数不合适，对系统反而会有负面影响，例如比例系数过大会引起系统振荡，积分系数过大会引起系统超调。此外，此过程也不能有效解决松闸继电器的等待时间。

发明内容

本申请的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，提供一种风力发电机组的变桨控制方法、装置、电子设备和介质，以解决变桨系统超调和产生桨距角跟随误差的技术缺陷。

第一方面，本发明实施例提供一种风力发电机组的变桨控制方法，其包括：获取给定变桨位置和风力发电机组的实际变桨位置之间的角度差值；根据所述角度差值和修正时间，得到变桨速度差值；根据原始给定变桨速度和所述变桨速度差值，确定新的给定变桨速度，并根据所述新的给定变桨速度进行风力发电机组的变桨控制。

第二方面，本发明实施例提供另一种风力发电机组的变桨控制方法，其包括：接收给定变桨速度和给定变桨位置；检测实际变桨速度是否达到所述给定变桨速度；当所述实际变桨速度达到所述给定变桨速度时，检测所述给定变桨位置与实际变桨位置之间的角度差值；发送所述角度差值。

第三方面，本发明实施例提供一种变桨控制装置，其包括：变桨角度差值获取模块，用于获取给定变桨位置和风力发电机组的实际变桨位置之间的角度差值；变桨速度差值获取模块，用于根据所述角度差值和修正时间，得到变桨速度差值；给定变桨速度切换配置模块，用于根据原始给定变桨速度和所述变桨速度差值，确定新的给定变桨速度，并根据所述新的给定变桨速度进行风力发电机组的变桨控制。

第四方面，本发明实施例提供一种变桨控制装置，其包括：接收模块，用于接收给定变桨速度和给定变桨位置；第一检测模块，用于检测实际变桨速度是否达到所述给定变桨速度；第二检测模块，用于当所述实际变桨速度达到所述给定变桨速度时，检测所述给定变桨位置与实际变桨位置之间的角度差值；发送模块，用于发送所述角度差值。

第五方面，本发明实施例提供一种电子设备，其包括：处理器；以及存储器，配置用于存储机器可读指令，所述指令在由所述处理器执行时，使得所述处理器执行第一方面和/或第二方面所述的风力发电机组的变桨控制方法。

第六方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面和/或第二方面所述的风力发电机组的变桨控制方法。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例利用PID控制的输出特性，对风力发电机的桨距角控制速度进行调节，从而加快风力发电机的桨角调节速度，减小变桨系统的跟随误差，提高风力发电机转速的稳定。

本发明实施例可以有效处理系统响应时间慢、松闸时间慢、松闸等待时间长、系统加速时间长等各种响应滞后问题，从根本上减小系统的跟随误差，提高风力发电机的控制性能和运行性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请实施例提供的一种风力发电机组的变桨控制方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种风力发电机组的变桨控制方法的流程示意图；

图3是PID控制过程中，超调时的实际位置和PID输出速度曲线示意图；

图4是PID正常控制过程的实际位置和PID输出速度曲线示意图；

图5是风力发电机正常运行、调桨时的曲线图；

图6是风力发电机调桨时的发电机转速曲线401和PID运算输出的变桨速度曲线402示意图；

图7是本发明实施例的风力发电机变桨调节控制方法、即风力发电机桨距角跟随误差补偿方法的控制流程图；

图8是本实施例提供的一种变桨控制装置的功能框图；

图9是本实施例提供的另一种变桨控制装置的功能框图；

图10是本实施例提供的一种电子设备的原理框图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本发明的限制。

首先对本申请涉及的技术术语进行解释：

a)桨距角(Pitch Angle)，在风力发电机组中，如果把三个桨叶所在的平面作为一个参考面，那么任何一个叶片与该参考面的夹角就是叶片桨距角。风机上的桨距角指的是叶片顶端翼型弦线与旋转平面的夹角。

b)PID控制(proportion-integral-derivative control)，当今的闭环自动控制技术都是基于反馈的概念以减少不确定性。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关键的是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节；

c)参数整定(Parameter Tuning)，包括参数自动整定(auto-tuning)和参数在线自校正(self tuning on-line)。具有自动整定功能的控制器，能通过一按键就由控制器自身来完成控制参数的整定，不需要人工干预，它既可用于简单系统投运，也可用于复杂系统预整定；通过改变控制单元参数，如比例度、积分时间、微分时间等，改善系统的动态、静态特性，以求取较佳的控制效果的过程；是PID控制必不可少的步骤。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种风力发电机组的变桨控制方法，该方法的执行主体可以是风力发电机组中的主控控制器，或者是主控控制器内部的或外接的PID控制器。该方法包括如下步骤：S110、获取给定变桨位置和实际变桨位置之间的角度差值；S120、根据所述角度差值和修正时间，得到变桨速度差值；S130、根据原始给定变桨速度和所述变桨速度差值，确定新的给定变桨速度，并根据所述新的给定变桨速度进行变桨控制。

主控控制器根据桨距角给定值、桨距角实际值的差值，进行PID控制的前置修正运算，从而弥补因变桨驱动器响应时间、变桨电机制动器松闸时间引起的响应滞后(约为1秒)。其修正方法包括：根据给定变桨位置和实际变桨位置的偏差值，以及调节时间，对风力发电机组的变桨速度进行修正调节。

可选地，步骤S110可以包括：判断风力发电机组是否处于变桨状态；当风力发电机组处于变桨状态时，从风力发电机组的变桨控制器获取给定变桨位置和实际变桨位置之间的角度差值。由变桨控制器进行角度差值检测的优点是：变桨控制器对实际变桨速度和实时角度(桨距角)的检测没有经过滤波处理，所以数据最接近真实值，而主控控制器为了处理滑环通信短时中断的影响，往往对接收的变桨的角度、变桨速度等数据有一定的滤波处理。

可选地，在所述根据所述角度差值和修正时间，得到变桨速度差值的步骤之前还包括如下步骤：根据风力发电机组的多个历史实际转速和目标转速，以及，每一个历史实际转速回复到目标转速所需要的时间，统计得到平均转速回复变化率；根据所述平均转速回复变化率、当前的实际转速和目标转速，得到所述修正时间。

在本步骤中，利用发电机转速的变化趋势与PID控制器输出的变化趋势相同，根据实际转速与目标转速的差值，统计转速回复变化率，从而可以统计得到精准的转速回复时间。作为一个示例，主控控制器在风力发电机组调桨运行过程中，利用大数据的特征，并利用发电机转速的变化趋势与PID控制器输出的变化趋势相同的特点，统计发电机转速升高或降低到额定转速时的平均速率，根据此速度值计算调节时间。

可选地，上述方法还可以包括如下步骤：检测所述给定变桨位置和所述实际变桨位置的角度差值是否小于预设阈值；若所述角度差值小于预设阈值，则根据所述原始给定变桨速度进行所述风力发电机组的变桨控制。在本步骤中，当主控控制器检测到给定变桨位置和实际变桨位置的差值小于一定阈值后，或时间T到达后，退出桨距角跟随误差补偿，将给定速度重新设置为或恢复至PID运算模块输出的原始给定速度，这样可以避免引起变桨系统超调。

该风力发电机组的变桨控制方法利用PID控制的输出特性，对风力发电机组的桨距角控制速度进行调节，从而可以加快风力发电机组的桨距角调节速度，减小变桨系统的跟随误差，提高风力发电机组转速的稳定性。

如图2所示，本实施例提供另一种风力发电机组的变桨控制方法，该方法的执行主体是变桨控制器。该方法包括如下步骤：S210、接收给定变桨速度和给定变桨位置；本步骤可从主控控制器，或者，从内置于或外接于该主控控制器的PID控制器接收给定变桨速度和给定变桨位置。S220、检测实际变桨速度是否达到该给定变桨速度；S230、当该实际变桨速度达到该给定变桨速度时，检测该给定变桨位置与实际变桨位置之间的角度差值；S240、发送该角度差值。本步骤是将该角度差值发送到上述主控控制器或或PID控制器。

变桨控制器从启动时刻或换向时刻开始，记录到达目标位置前的各项参数，具体包括桨距角给定值、桨距角实际值等，并检测给定变桨速度和实际变桨速度；其中检测实际变桨速度的目的是防止因编码器异常而导致的角度跳变；变桨电机尾端安装有编码器，用于测量变桨电机速度并计算得到叶片桨距角位置。

可选地，步骤S220具体可以包括：检测给定变桨速度的方向；当该给定变桨速度和实际变桨速度的差值小于预设的速度阈值，并且该给定变桨速度没有改变方向时，确定实际变桨速度达到该给定变桨速度。

作为一个示例，变桨控制器接收主控控制器发送的给定变桨速度和给定变桨位置，并开始计时，直至实际变桨速度达到给定变桨速度，则将给定变桨位置与实际桨距角之间角度差值传送给该主控控制器。

PID参数整定的目的，一是使系统精确地到达目标位置，不超调；二是使系统的响应时间加快，提高系统响应速度。图3是PID控制过程中，超调时的实际位置和PID输出速度曲线示意图。如图3所示，目标位置101是要停止的目标位置，即PID的控制目标；实际位置102是在PID控制执行过程中，系统的实际位置(以变桨系统为例，是指变桨系统实际叶片桨距角)；给定位置103是PID控制器输出的逐次变化的位置命令；输出速度是指PID控制器输出的速度值。

从图3中可看出，当实际位置102到达目标位置101时，即图3中的t时刻，以变桨系统为例，变桨系统实际叶片桨距角的实际位置超过给定位置，之后又返回到小于给定位置，这种现象称为系统超调；此问题可以通过对PID的参数进行整定、优化而得到解决。

然而，在实际控制中，由于通信数据传输、系统响应快慢、变桨电机松闸都需要一定的时间，即变桨系统桨距角的调节必然具有一定的滞后性，时间一般为500ms-1s，此现象难以通过PID参数来解决。

图4是PID正常控制过程的实际位置和PID输出速度曲线示意图。如图4所示，目标位置201是要停止的目标位置，即PID的控制目标；实际位置202是在PID控制执行过程中，系统的实际位置(以变桨系统为例，是指变桨系统实际叶片桨距角)；给定位置203是PID控制器输出的逐次变化的位置命令。从图4中可以看出，t1时刻，开始发出给定位置203的控制命令，在t2时刻，实际位置202开始动作并跟随给定命令(给定命令指的是给定位置)，在整个调节过程中，由于t2-t1的时间差值的存在，使得给定位置203和实际位置202始终存在偏差值d，而此偏差值d的存在，会影响系统的相应精度和跟随误差，并影响系统性能(如风力发电机的调节性能)。

下面结合附图及实施例对本发明所涉及的方案进行详细的说明。

现有风力发电机桨距角的PID控制中，其控制方法为：主控系统根据风力发电机的转速值，进行转速—桨角的PID运算，其中，PID控制器中PID运算模块的输入值是目标转速和实际转速，PID运算模块的输出值为变桨速度值；由于在每一个较短的时间段内，转速、桨角均为近似无变化，所以输出的变桨速度值也为恒定值，同时实际速度也严格按照给定速度执行，直到实际转速值与目标转速值的差值小于预设阈值，输出的变桨速度值才会变化为0；也是由于这个原因，使得实际位置和给定位置会一直存在一定的偏差，直至给定位置不再发生变化。

本发明的实施例从PID控制的机理出发，提出了PID控制即风力发电机桨距角跟随误差补偿方法，其基本原理为：

△V×T＝△S；…………………………………………………(1)

其中，△S为目标位置和实际位置的偏差值，△V为给定速度和实际速度的差值，T为目标位置和实际位置达到一致的时间。

根据式(1)，本发明的实施例的桨距角跟随误差的补偿控制方法包括：

变桨控制器检测变桨系统的给定速度和实际速度，当给定速度和实际速度的差值小于一定阈值后(如小于0.1度/秒)，认为实际速度达到最大速度，即加速且达到给定速度(变桨速度增加的过程，最终达到给定速度)。

变桨控制器检测变桨系统的给定位置(或称目标角度)和实际位置，当实际速度达到最大速度后，检测目标角度和实际位置的差值。

主控控制器根据式(1)，设定跟随误差修正时间，得出速度差值△V；其中，如果风力发电机是在启动过程或停机收桨过程，由于桨距角从90度变化到0度(启动过程)，或桨距角从0度变化到90度(停机收桨过程)所需的时间都较长(一般为30～50秒)，所以T的时间可适量大点，例如设置为10秒；然而，在启动过程中，为了适量加快风力发电机的启动时间，T的时间也可以适量缩短，例如设置为1秒、2秒等。在本实施例中，T可以是预先设置的。在本实施例中，调节时间是误差修正时间。

主控控制器将PID控制器中的PID运算模块输出的给定速度，附加速度差值△V，作为新的给定速度，并以新的给定速度控制变桨系统运行，以加快桨距角调节。

当主控控制器检测到给定位置和实际位置的差值小于一定阈值后，或时间T到达后，退出桨距角跟随误差补偿，将给定速度重新设置为PID运算模块输出的给定速度。

此时，桨距角的给定位置和实时角度不再受系统响应快慢、加速时间、变桨电机松闸的影响，即完成了跟随误差补偿，从而提高了风力发电机的桨角响应精度。

图5是风力发电机组正常运行、调桨时的曲线图。如图5所示，在此过程中，由于变桨系统的松闸、换向(变桨电机转动方向改变，也对应桨距角的开桨或收桨)，变桨系统的给定位置和实际位置也会存在一定的偏差，如图5中的d。且在图5中，在t3时刻，给定位置303的变化方向发生变化，对应给定速度由正值变为负值，即在303位置前曲线的斜率是正的，代表速度是正值，在303位置后曲线的斜率是负的，代表速度是负值；且风力发电机组的调桨过程中，由于风速变化趋势不确定，所以风速变化方向和周期时间都不确定，需要确定的是式(1)中的时间T。

图6是风力发电机组调桨时的发电机转速曲线401和PID运算输出的变桨速度曲线402示意图。如图6所示，其中n为发电机的目标转速，v为变桨速度且v＝0，正常工况下发电机转速只有达到额定转速后，机组才开始变桨，才会有变桨速度。图6的横坐标是时间，在开始进行调桨前，默认的变桨速度是0。从图6中可看出，发电机转速曲线401和PID运算输出的变桨速度曲线402的变化方向相同，如图6中t1时刻，发电机实际转速达到正向最大值(大于额定转速)，变桨速度达到正向最大值；t2时刻，发电机实际转速达到负向最小值(小于额定转速)，变桨速度达到负向最小值。其与叶片变桨方向的对应关系为：当发电机实际转速大于额定转速时，PID控制器输出的变桨速度为正值，此时叶片向大角度方向变桨，减少对风能的吸收，以使发电机转速下降；当发电机实际转速小于额定转速时，PID控制器输出的变桨速度为负值，此时叶片向小角度方向变桨，增大对风能的吸收，以使发电机转速上升，从而维持发电机转速的稳定。因此，从图6中可看出，发电机转速的变化趋势，与PID控制器输出的变化趋势相同，本发明的实施例利用这一特性，对变桨速度进行调节。

针对上述问题，本实施例的控制策略包括：

主控控制器在风力发电机组调桨运行过程中，利用大数据的特征，统计发电机转速升高或降低到额定转速时的平均速率，根据此速度值计算调节时间，即前述的修正时间。作为一个举例，发电机实际转速与目标转速之间会有个速度差值，通过统计的方法可以得到速度调整的平均速率，速度差值除以平均速率即为调节时间。设发电机的目标转速为n0，目标转速是机组要控制达到的稳定运行转速，一般是额定转速，其统计方式如表1所示(不限于5次数据统计)。由于风力发电机组的调桨过程中，如果实际转速与目标转速偏差较大，PID控制器输出的变桨速度可以达到最大值，且风力发电机组的转速值达到额定转速后，发电机的转矩值为恒定值，所以每次统计时的调桨速度可认为一致，由此可以统计出平均的转速回复变化率。

表1

变桨控制器检测变桨系统的给定速度和实际速度，同时，变桨控制器检测给定速度的正、负方向；当给定速度和实际速度的差值小于一定阈值后(如小于0.1度/秒)且给定速度没有改变方向时，认为实际速度达到最大速度，即变桨电机启动、加速过程完成且达到给定速度。

变桨控制器检测变桨系统的给定位置，即叶片桨距角(或称目标角度)和实际位置，当实际速度达到最大速度后，检测目标角度和实际位置的差值，并将此角度差值发送给主控控制器。

主控控制器根据变桨控制器发送的角度差值、发电机实际转速、以及统计出的转速回复变化率，得到附加速度差值△V，并将附加速度差值△V叠加到PID运算模块输出的给定速度，作为新的给定速度，并以新的给定速度控制变桨系统运行，以加快桨距角调节。

具体地，变桨控制器发送的角度差值，即目标位置和实际位置的偏差值，记为△S。发电机目标转速是确定的n0，发电机实际转速是已知的n，通过统计方法得到的转速回复变化率是确定的。通过以上可以得到调节时间，(n-n0)/转速回复变化率＝调节时间，记为T。根据公式1，即可得到△V。

例如，角度差值为1度，发电机实际转速为18rpm，目标转速为17rpm，转速回复变化率为1rpm/s，即发电机转速从18rpm下降到17rpm，所需时间为1s，则根据图4，PID控制器的给定速度从正速度变为0、开始换向所需的时间为1秒，则附加速度应为1度/秒。

主控控制器检测到给定位置和实际位置的差值小于一定阈值后，以及发电机实际转速达到目标转速附近时，立即退出桨距角跟随误差补偿，将给定速度重新设置为PID运算模块输出的给定速度；或进行下一次PID附加速度差值计算。

此时，桨距角的给定位置和实时角度不再受系统(变桨驱动系统即变桨驱动器)响应快慢、加速时间、变桨电机松闸的影响，即完成了跟随误差补偿，从而提高了风力发电机的桨角响应精度。

图7是本发明实施例的风力发电机变桨调节控制方法、即风力发电机桨距角跟随误差补偿方法的控制流程图，其具体控制方法包括如下步骤：

步骤501，主控控制器检测风力发电机是否处于变桨状态，如果处于变桨状态，则执行步骤502；否则跳转到结束。

步骤502，主控控制器根据发电机的实际转速和目标转速，统计转速回复变化率，之后执行步骤503。

利用发电机转速的变化趋势与PID控制器输出的变化趋势相同的特点，根据实际转速与目标转速的差值，统计转速回复变化率，统计得到精准的转速回复时间。可选地，在主控控制器中设置有PID控制器。

由于风力发电机的调桨过程中，如果实际转速与目标转速偏差较大，PID控制器输出的变桨速度可以达到最大值，且风力发电机的转速值达到额定转速后，发电机的转矩值为恒定值，所以每次统计时的调桨速度可认为一致；由此可以统计出平均的转速回复变化率。

步骤503，变桨控制器检测给定位置和实际位置是否存在偏差，且给定速度方向无变化。

此步骤的目的是，检测进行桨距角跟随误差补偿的必要性，如果偏差不大，则不进行补偿；检测给定速度的方向变化的目的是适应调桨时的运行工况。

步骤504，变桨控制器检测变桨系统的给定速度和实际速度之间的差值是否小于阈值，如果小于，则执行步骤505，否则继续检测速度差值。

在本步骤中，变桨控制器检测变桨系统的给定速度和实际速度，同时，变桨控制器检测给定速度的正、负方向；当给定速度和实际速度的差值小于一定阈值后(如小于0.1度/秒)且给定速度没有改变方向时，认为实际速度达到最大速度，即加速且达到给定速度。

此步骤的目的是检测实际速度是否加速达到最大值，由于检测的是速度差值，所以可以辨别角度跳变、角度无变化、编码器故障等各种情况；给定速度和实际速度差值阈值可设置为0.1度/秒。

步骤505，变桨控制器记录给定位置和实际位置的偏差值，并传送给主控控制器；之后执行步骤506。

在本步骤中，变桨控制器检测变桨系统的给定位置(或称目标角度)和实际位置，当实际速度达到最大速度后，检测目标角度和实际位置的差值，并将该角度差值发送给主控控制器。

步骤506，主控控制器根据公式(1)，设定新的给定速度，并控制变桨系统运行。

主控控制器根据变桨控制器发送的角度差值、发电机实际转速、以及统计出的转速回复变化率，附加速度差值△V，并将该附加速度差值△V叠加到PID运算模块输出的给定速度，作为新的给定速度，并以新的给定速度控制变桨系统运行，以加快桨距角调节。如果T的时间已计算并确定，则附加速度差值△V可以根据△V×T＝△S进行设置，其中，△S为目标位置和实际位置的偏差值，△V为给定速度和实际速度的差值，T为目标位置和实际位置达到一致的时间。

此步骤的控制目标是根据式(1)，计算得出速度差值，并将该速度差值附加到PID运算模块输出的给定速度上，作为新的给定速度。

步骤507，主控控制器检测给定位置和实际位置差值是否小于阈值；如果小于，则执行步骤508，否则继续检测位置差值。

此步骤中，给定位置和实际位置的差值阈值可设置为0.2度或0.3度。

步骤508，主控控制器将给定速度重新设置为PID运算模块的输出速度。

在步骤507-步骤508中，当主控控制器检测到给定位置和实际位置的差值小于一定阈值后，立即退出桨距角跟随误差补偿，将给定速度重新设置为PID运算模块输出的给定速度。

此步骤的目的是：桨距角的给定位置和实际位置不再受系统响应快慢、加速时间、变桨电机松闸的影响，即完成了跟随误差补偿，提高了风力发电机的桨距角响应精度；同时，对于调桨过程而言，也是准备进行给定速度方向改变后的下一次跟随误差补偿。

本发明的实施例的跟随误差条件方法，同样适用于其它对动态响应比较高的控制系统。

实施例二

如图8所示，本实施例提供一种变桨控制装置800，其包括：变桨角度差值获取模块810，用于获取给定变桨位置和实际变桨位置之间的角度差值；变桨速度差值获取模块820，用于根据该角度差值和修正时间，得到变桨速度差值；给定变桨速度切换配置模块830，用于根据原始给定变桨速度和该变桨速度差值，确定新的给定变桨速度，并根据该新的给定变桨速度进行变桨控制。

可选地，该变桨角度差值获取模块810，具体用于：判断风力发电机组是否处于变桨状态；当该风力发电机组处于变桨状态时，从该风力发电机组的变桨控制器获取给定变桨位置和实际变桨位置之间的角度差值。

可选地，该装置还可包括：修正时间确定模块，用于：根据风力发电机组的多个历史实际转速和目标转速，以及，每一个历史实际转速回复到目标转速所需要的时间，统计得到平均转速回复变化率；根据所述平均转速回复变化率、当前的实际转速和目标转速，得到所述修正时间。

可选地，该给定变桨速度切换配置模块830还可用于：检测该给定变桨位置和该实际变桨位置的角度差值是否小于预设阈值；若所述角度差值小于预设阈值，则根据所述原始给定变桨速度进行所述风力发电机组的变桨控制。

可选地，该变桨控制装置可以设置在主控制器中

如图9所示，本实施例还提供一种变桨控制装置900，其包括：接收模块910，用于接收给定变桨速度和给定变桨位置；第一检测模块920，用于检测实际变桨速度是否达到该给定变桨速度；第二检测模块930，用于当该实际变桨速度达到该给定变桨速度时，检测该给定变桨位置与实际变桨位置之间的角度差值；发送模块940，用于发送该角度差值。

可选地，该变桨控制装置可以设置在变桨控制器中

如图10所示，本实施例还提供一种电子设备，其包括：处理器；以及存储器，配置用于存储机器可读指令，所述指令在由所述处理器执行时，使得所述处理器执行任意一种的风力发电机组的变桨控制方法。

如图10所示，图10所示的电子设备2000包括：处理器2001和收发器2004。其中，处理器2001和收发器2004相连，如通过总线2002相连。可选的，电子设备2000还可以包括存储器2003。需要说明的是，实际应用中收发器2004不限于一个，该电子设备2000的结构并不构成对本申请实施例的限定。

处理器2001可以是CPU，通用处理器，DSP，ASIC，FPGA或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器2001也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。

总线2002可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线2002可以是PCI总线或EISA总线等。总线2002可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图10中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

存储器2003可以是ROM或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。

可选的，存储器2003用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由处理器2001来控制执行。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任意一种风力发电机组的变桨控制方法。

本实施例还提供一种变桨控制系统，其包括：第一变桨控制装置，用于获取给定变桨位置和实际变桨位置之间的角度差值；根据所述角度差值和修正时间，得到变桨速度差值；根据原始给定变桨速度和所述变桨速度差值，确定新的给定变桨速度，并根据所述新的给定变桨速度进行变桨控制；第二变桨控制装置，用于接收给定变桨速度和给定变桨位置；检测实际变桨速度是否达到所述给定变桨速度；当所述实际变桨速度达到所述给定变桨速度时，检测所述给定变桨位置与实际变桨位置之间的角度差值；发送所述角度差值。

本实施例还提供一种风力发电机组，包括如上所述的变桨控制系统。

本发明的上述实施例所产生的有益技术效果包括：

利用PID控制的输出特性，对风力发电机的桨距角控制速度进行调节，从而加快风力发电机的桨角调节速度，减小变桨系统的跟随误差，提高风力发电机转速的稳定；

可以有效处理系统响应时间慢、松闸时间慢、松闸等待时间长、系统加速时间长等各种响应滞后问题，从根本上减小系统的跟随误差，提高风力发电机的控制性能和运行性能；

检测实际变桨速度是否加速达到最大值，同时由于检测的是速度差值，所以可以辨别角度跳变、角度无变化、编码器故障等各种情况；

变桨控制器进行角度差值检测的优点是：变桨控制器对实际速度和实际位置的检测没有经过滤波处理，所以数据最接近真实值，而主控控制器为了处理滑环通信短时中断的影响，对接收的变桨的角度、变桨速度等数据有一定的滤波处理；

由于对给定位置和实际位置的偏差检测设置了阈值，偏差进入阈值范围后，马上退出控制，恢复PID运算模块输出的给定速度，所以不会引起系统超调(约为1秒)；

利用发电机转速的变化趋势与PID控制器输出的变化趋势相同，根据实际转速与目标转速的差值，统计转速回复变化率，从而统计得到精准的转速回复时间；

由于三个轴的速度设置相同，不会导致三个叶片不平衡，不会影响风力发电机的正常运行；三个轴指：风机的3只叶片。每个叶片有一个变桨控制器，每个叶片的变桨速度给定是由主控控制器统一给定的。

对于风力发电机组而言，由于加快了调桨速度，所以可以更有效地应对阵风风况，使风力发电机的转速更稳定，同时防止风力发电机组过速；

检测实际速度的目的是防止因编码器异常而导致的角度跳变；

本发明的实施例的跟随误差条件方法，可以适用于各种速度下的桨距角跟随误差调节，且同样适用于其它对动态响应比较高的控制系统。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种风力发电机组的变桨控制方法，其特征在于，包括：

获取给定变桨位置和风力发电机组的实际变桨位置之间的角度差值；

根据风力发电机组的多个历史实际转速和目标转速以及每一个历史实际转速回复到目标转速所需要的时间，统计得到平均转速回复变化率，并且根据所述平均转速回复变化率、当前的实际转速和目标转速，得到修正时间；

根据所述角度差值和所述修正时间，得到变桨速度差值；

根据原始给定变桨速度和所述变桨速度差值，确定新的给定变桨速度，并根据所述新的给定变桨速度进行风力发电机组的变桨控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取给定变桨位置和风力发电机组的实际变桨位置之间的角度差值，包括：

判断所述风力发电机组是否处于变桨状态；

当所述风力发电机组处于变桨状态时，从所述风力发电机组的变桨控制器获取给定变桨位置和实际变桨位置之间的角度差值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述根据所述新的给定变桨速度进行风力发电机组的变桨控制的步骤之后还包括：

检测所述给定变桨位置和所述实际变桨位置的角度差值是否小于预设阈值；

若所述角度差值小于预设阈值，则根据所述原始给定变桨速度进行所述风力发电机组的变桨控制。

4.一种变桨控制装置，其特征在于，包括：

变桨角度差值获取模块，用于获取给定变桨位置和风力发电机组的实际变桨位置之间的角度差值；

修正时间确定模块，用于根据风力发电机组的多个历史实际转速和目标转速以及每一个历史实际转速回复到目标转速所需要的时间，统计得到平均转速回复变化率，并且根据所述平均转速回复变化率、当前的实际转速和目标转速，得到修正时间；

变桨速度差值获取模块，用于根据所述角度差值和所述修正时间，得到变桨速度差值；

给定变桨速度切换配置模块，用于根据原始给定变桨速度和所述变桨速度差值，确定新的给定变桨速度，并根据所述新的给定变桨速度进行风力发电机组的变桨控制。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的变桨角度差值获取模块，具体用于：判断风力发电机组是否处于变桨状态；当所述风力发电机组处于变桨状态时，从所述风力发电机组的变桨控制器获取给定变桨位置和实际变桨位置之间的角度差值。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述给定变桨速度切换配置模块还用于：检测所述给定变桨位置和所述实际变桨位置的角度差值是否小于预设阈值；若所述角度差值小于预设阈值，则根据所述原始给定变桨速度进行所述风力发电机组的变桨控制。

7.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述变桨控制装置设置在主控制器中。

8.一种电子设备，其特征在于，其包括：

处理器；以及

存储器，配置用于存储机器可读指令，所述指令在由所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-3中任一项所述的风力发电机组的变桨控制方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-3中任一项所述的风力发电机组的变桨控制方法。