CN115680999A - 变桨控制方法、变桨控制器及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

公开了变桨控制方法、变桨控制器及风力发电机组。所述变桨控制方法包括：响应于风力发电机组处于变桨状态，获取叶片的实际变桨角度；基于叶片的目标变桨角度及获取的实际变桨角度，计算第一给定变桨速度；对所述第一给定变桨速度进行修正，得到第二给定变桨速度；基于所述第二给定变桨速度控制风力发电机组的变桨操作。

Description

变桨控制方法、变桨控制器及风力发电机组

技术领域

本公开总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及风力发电机组的变桨控制方法、变桨控制器以及包括所述变桨控制器的风力发电机组。

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。由于风能是低密度能源，具有不稳定和随机性特点，控制技术是风力发电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、控制性能良好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。

在风力发电机中，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。这里，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，从而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，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获得的空气动力转矩，以使功率输出保持稳定。根据贝茨理论，如果桨距角位置超调，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照控制命令执行变桨，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，则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。

由此可见，对风力发电机的控制方式进行优化，对风力发电机的稳定运行、提高发电量，起着至关重要的作用。

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。然而，在具体应用时，风力发电机组的模型不同(例如叶片长度不一致，叶片气动性能不一致，顺桨速度不同)可能影响到PID控制器的性能。因此，在工程中需要对PID参数进行整定。目前，对PID参数进行整定的方法主要有以下几种。

第一种方法是人工整定。这种方法必须使风力发电机组停机，工作人员进入轮毂才能进行PID参数整定。因此，这种方法由于停机而造成一定的发电量损失。再者，PID参数整定完毕后，需要对风电场的所有风机更新程序或参数，费时且费力，并且当风力发电机组的设备(例如叶片)更换后，需要重新重复上述整定过程。

第二种方法是z-n法参数整定。这种方法先生成当稳态振荡信号，当振荡达到极限时，产生临界系数Kpcrit和临界振荡周期Tcrit。然后，使用z-n法参数整定公式对PID参数进行整定。然而，这样整定而得的PID参数在实际控制中往往会引起系统响应的超调量过大，振荡剧烈等现象，而且这种方法不能实现PID参数的在线自整定。

第三种方法是临界比例法。这种方法也称为边界振荡法，是指在参数整定过程中逐渐加强比例作用，使调节过程进入等幅振荡，这种振荡表明过程处于稳定与不稳定的边缘(即，临界状态)。在确定临界状态后，就可以对PID参数进行整定。然而，这种方法可能导致系统振荡，而且不能实现PID参数的在线自整定。

发明内容

因此，本公开提供一种风力发电机组的变桨控制方法、变桨控制器以及包括所述变桨控制器的风力发电机组，所述变桨控制方法和变桨控制器基于微分项滤波的PID控制逻辑，可以有效发挥微分环节的优点，规避微分环节的缺点，从而实现更好的调桨控制效果，加快系统的响应时间，提高位置跟踪的准确度。同时，所述变桨控制方法和变桨控制器可以在变桨控制过程中对微分环节的作用进行分析，从而实现微分参数的自动整定。

在一个总的方面，提供一种风力发电机组的变桨控制方法，所述变桨控制方法包括：响应于风力发电机组处于变桨状态，获取叶片的实际变桨角度；基于叶片的目标变桨角度及获取的实际变桨角度，计算第一给定变桨速度；对所述第一给定变桨速度进行修正，得到第二给定变桨速度；基于所述第二给定变桨速度控制风力发电机组的变桨操作。

可选地，基于叶片的目标变桨角度及获取的实际变桨角度，计算第一给定变桨速度的步骤包括：计算叶片的目标变桨角度和实际变桨角度之间的角度差值；基于当前时刻的角度差值和第一时刻的角度差值，计算第一给定变桨速度的第一分量；基于当前时刻的角度差值、第一时刻的角度差值和第二时刻的角度差值，计算第一给定变桨速度的第二分量；计算第一给定变桨速度的第一分量与第二分量之和作为当前时刻的第一给定变桨速度，其中，第一时刻表示当前时刻的前一时刻，第二时刻表示第一时刻的前一时刻。

可选地，对所述第一给定变桨速度进行修正，得到第二给定变桨速度的步骤包括：对第一给定变桨速度的第二分量进行滑动平均值滤波，以确定滤波后的第一给定变桨速度的第二分量；计算第一给定变桨速度的第一分量与滤波后的第一给定变桨速度的第二分量之和作为当前时刻的第二给定变桨速度。

可选地，计算第一给定变桨速度的第一分量的步骤包括：计算当前时刻的角度差值和第一时刻的角度差值之间的第一差值；将第一差值、第一预定系数与第一调整系数的乘积确定为第一给定变桨速度的第一分量，其中，第一调整系数大于0且小于1。

可选地，计算第一给定变桨速度的第二分量的步骤包括：计算当前时刻的角度差值同第一时刻的角度差值乘以预定系数后的第二差值；计算第二差值与第二时刻的角度差值的第一和值，将第一和值与第二预定系数的乘积确定为第一给定变桨速度的第二分量。

可选地，所述变桨控制方法还包括：在将第一给定变桨速度修正为第二给定变桨速度之后，响应于第二给定变桨速度小于预定限幅速度，基于第二给定变桨速度的变化趋势调整第二预定系数。

可选地，基于第二给定变桨速度的变化趋势调整第二预定系数的步骤包括：计算每个采样时刻第二给定变桨速度的增量；响应于当前时刻第二给定变桨速度的增量与前一时刻第二给定变桨速度的增量之比大于预定比值阈值，并且当前时刻第二给定变桨速度的增量与当前时刻之前各个时刻的第二给定变桨速度的增量的变化趋势相同，将第二预定系数增大预定倍数，其中，预定比率阈值为大于1的正数。

可选地，基于第二给定变桨速度的变化趋势调整第二预定系数的步骤包括：计算每个采样时刻第二给定变桨速度的增量；响应于当前时刻第二给定变桨速度的增量与前一时刻第二给定变桨速度的增量的变化趋势不同，并且当前时刻第二给定变桨速度增量的绝对值大于前一时刻第二给定变桨速度增量的绝对值，将第二预定系数减小预定倍数。

可选地，针对任一采样时刻，基于所述任一采样时刻第二给定变桨速度以及所述任一采样时刻的前一采样时刻的第二给定变桨速度，计算所述任一采样时刻第二给定变桨速度的增量。

可选地，预定倍数为当前采样时刻第二给定变桨速度增量的绝对值与前一采样时刻第二给定变桨速度增量的绝对值之比。

在另一总的方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的变桨控制方法。

在另一总的方面，提供一种变桨控制器，所述变桨控制器包括：处理器；和存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的变桨控制方法。

在另一总的方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的变桨控制器。

根据本公开的实施例，通过利用PID控制逻辑的输出特性，对风力发电机组的变桨控制中的PID控制逻辑进行优化，可在风力发电机组的变桨控制过程中实现自动寻优，而不需要进行复杂的PID参数的整定。

此外，通过在PID控制逻辑的微分环节增加滤波处理，可以延缓微分环节的作用时间，同时通过对微分系数进行自动调整，一方面可以提高系统的响应速度，减少系统的超调量，另一方面可以避免/降低系统振荡。

此外，根据本公开的实施例，通过适当减小PID控制逻辑的比例系数，可以防止出现系统振荡而导致系统稳定性变差，同时通过去掉PID控制逻辑的积分环节，可以避免因为积分饱和而导致的系统超调。

将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。

附图说明

通过下面结合示出实施例的附图进行的描述，本公开的实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出变桨操作过程中位置变化曲线和输出速度曲线的示意图；

图2是示出应用PID控制逻辑确定给定变桨速度的变桨操作过程中位置变化曲线和输出速度曲线的示例的示意图；

图3是示出应用PID控制逻辑确定给定变桨速度的变桨操作过程中位置变化曲线和输出速度曲线的另一示例的示意图；

图4是示出微分系数可被调整的变桨操作过程中位置变化曲线和输出速度曲线的示例的示意图；

图5是示出微分系数可被调整的变桨操作过程中位置变化曲线和输出速度曲线的另一示例的示意图；

图6是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制方法的流程图；

图7是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制器的框图；

图8是示出应用根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制方法的变桨操作过程中位置变化曲线和输出速度曲线的示例的示意图。

具体实施方式

提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。

在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本申请的公开之后将是清楚的。

如在此使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的任何一个以及任何两个或更多个的任何组合。

尽管在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不应被这些术语所限制。相反，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分进行区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。

在说明书中，当元件(诸如，层、区域或基底)被描述为“在”另一元件上、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”另一元件上、直接“连接到”或“结合到”另一元件，或者可存在介于其间的一个或多个其他元件。相反，当元件被描述为“直接在”另一元件上、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于其间的其他元件。

在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不将用于限制公开。除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”说明存在叙述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本公开所属领域的普通技术人员在理解本公开之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本公开中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。

此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本公开的模糊解释时，将省略这样的详细描述。

图1是示出变桨操作过程中位置变化曲线和输出速度曲线的示意图。

参照图1，PID参数整定的目的，一是使系统精确地到达目标位置而不超调，二是使系统的响应时间加快，提高系统响应速度。如图1所示，目标位置101是PID控制中系统期望达到的目标位置(例如，叶片的目标桨距角)，即PID的控制目标，实际位置102是PID控制过程中系统的实际位置(例如，叶片桨距角)，给定位置103是PID控制逻辑输出的逐次变化的位置命令(叶片的给定桨距角)，输出速度104是指PID控制逻辑输出的速度值(例如，给定变桨速度)。

从图1中可以看出，当实际位置102到达目标位置101时，即图1中的t时刻，PID控制逻辑的输出速度104不为0，从而引起系统超调，导致系统不稳定。然而，如果为了避免系统超调而使PID参数减小，又会使实际位置到达目标位置的时间延长，降低系统的响应时间，甚至会降低系统的响应精度(例如，不能准确到达目标位置)。

为此，在根据本公开的实施例的变桨控制方法和变桨控制器中，通过适量减小PID控制逻辑的比例系数，以防止出现系统振荡而导致系统稳定性变差；通过去掉PID控制逻辑中的积分环节，以避免因为积分饱和而导致的系统超调；同时，通过对微分环节进行滤波处理，以防止出现给定变桨速度的振荡，并且提高系统的响应速度。

以下对根据本公开的实施例的变桨控制方法和变桨控制器的原理进行解释。

以增量式PID控制逻辑为例，微分环节能够预测误差变化的趋势。具有比例环节与微分环节的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。因此，对于有较大惯性或滞后的被控对象，比例微分(PD)控制逻辑能够改善系统在调节过程中的动态特性，其优点是使系统的响应速度变快，超调减小，振荡减轻，对动态过程有“预测”作用。

增量式PID控制逻辑的计算公式如以下等式(1)所示。

u(k)＝Kp(e(k)-e(k-1))+Ki(e(k))+Kd(e(k)-2e(k-1)+e(k-2)) (1)

在等式(1)中，e(k)是本次偏差(即，实际位置和目标位置的偏差)，e(k-1)是上次偏差，e(k-2)是上上次偏差；u(k)是PID控制逻辑本次输出的给定变桨速度。

然而，微分控制的缺点是，如果系统的输入量不变，即使输入量和输出量之间存在偏差，微分控制也无法作用。同时，如果出现变化率很大的噪声，则微分控制会过度反应，影响控制器的工作。图2是示出应用PID控制逻辑确定给定变桨速度的变桨操作过程中位置变化曲线和输出速度曲线的示例的示意图。在图2中，曲线201表示目标位置，曲线202表示实际位置，曲线203表示PID控制逻辑输出的给定变桨速度。从图2中可以看出，虽然叶片位置到达了目标位置，但是PID控制逻辑输出的给定变桨速度出现了较大的波动。

这种波动虽然可以通过调小微分系数来减少，但却无法完全去除，只能通过设置速度死区或位置死区进行消除。然而，设置速度死区，系统的跟随精度会出现静态偏差。例如，当PID控制逻辑输出的给定变桨速度小于0.4度/秒时，将给定变桨速度强制设置为0，此时，由于PID控制逻辑的计算目标是给定位置和实际位置的偏差，因此实际位置和目标位置还有一定的偏差，实际位置并没有到达目标位置。

图3是示出应用PID控制逻辑确定给定变桨速度的变桨操作过程中位置变化曲线和输出速度曲线的另一示例的示意图。

参照图3，在设置速度死区的情况下，尽管叶片的实际位置302达到目标位置301之后，PID控制逻辑输出的给定变桨速度303不再波动，但是在到达目标位置301之前，PID控制逻辑输出的给定变桨速度依然发生了较大的波动，此外，叶片的实际位置302与目标位置301之间存在较大的位置偏差。

引起PID输出的给定变桨速度波动的主要原因是：输出值的微分项受本次周期、上次周期、上上次周期的位置偏差值的影响(即，等式(1)中的e(k)-2e(k-1)+e(k-2))，因此其影响因素较多，即，数个周期的结果都会对PID控制逻辑的微分项产生影响。在这种情况下，在增大微分系数Kd之后，当PID控制逻辑输出的给定变桨速度从最大值开始减速时，e(k)、e(k-1)、e(k-2)三者的值出现不同的差值，此时微分项起到的作用就会加大，导致PID控制逻辑输出的给定变桨速度发生突变，而输出的给定变桨速度发生突变之后，又进一步影响到e(k)、e(k-1)、e(k-2)的数值，从而导致图2和图3所示的系统波动。

为此，在根据本公开的实施例的变桨控制方法和变桨控制器中，可以用过对微分项(即，等式(1)中的Kd(e(k)-2e(k-1)+e(k-2)))进行滤波处理，以防止出现给定变桨速度的振荡，并且提高系统的响应速度。具体地讲，可以对微分项进行滑动平均值滤波。滑动平均值滤波是指先建立一个数据缓冲区，依顺序存放M个采样数据，每采样一个新数据，就将最早采样的数据丢掉，而后求取包括新采样的数据在内的M个数据的算术平均值。与算术平均值方法相比，滑动平均值方法可以提高运算速度，并保证数据的平滑。因为算术平均值是n个数据求和再除以n，所以一方面时间间隔会变长，另一方面会导致计算出的数据出现突变，反而加剧PID控制逻辑输出的给定变桨速度的振荡。

另一方面，在根据本公开的实施例的变桨控制方法和变桨控制器中，由于在对微分项进行滤波处理之后，PID控制逻辑的输出较为平滑，因此可以通过对PID控制逻辑的输出值(即，给定变桨速度)的增量进行计算，来检测微分项是否过大或过小。具体地讲，当给定变桨速度小于预定限幅速度时，可启动对输出值的增量的检测。如果检测到某一采样时刻的给定变桨速度的增量与前一采样时刻的给定变桨速度的增量之比大于预定比值阈值，但是增量的变化趋势没有发生变化(例如，持续减小或者持续增大)，则可确定微分系数较小，并且可将微分系数增大预定倍数(例如但不限于1.2～1.5倍)。如果检测到某一采样时刻的给定变桨速度的增量与前一采样时刻的给定变桨速度的增量的变化趋势不同，并且该采样时刻的给定变桨速度的增量的绝对值大于前一采样时刻的给定变桨速度的增量的绝对值，则可确定微分系数较大，并且可将微分系数减小预定倍数(例如但不限于1.2～1.5倍)。

图4是示出微分系数可被调整的变桨操作过程中位置变化曲线和输出速度曲线的示例的示意图。

如图4所示，在给定变桨速度403从预定限幅速度开始降低的中间位置，给定变桨速度的增量之比将会大于预定比值阈值。此时，由于增量的变化趋势未发生变化，说明微分系数偏小，因此可将微分系数增大预定倍数。这样，从图4中可以看出，在实际位置402达到目标位置401之后，给定变桨速度403不会出现振荡。

图5是示出微分系数可被调整的变桨操作过程中位置变化曲线和输出速度曲线的另一示例的示意图。

如图5所示，在给定变桨速度503从预定限幅速度开始降低的中间位置，给定变桨速度的增量的变化趋势发生变化(即，当前采样时刻与前一采样时刻的给定变桨速度的增量的变化趋势不同)，并且给定变桨速度的增量之比将会大于预定比值阈值，说明微分系数偏大，因此可将微分系数减小预定倍数。这样，从图5中可以看出，在实际位置502达到目标位置501之后，给定变桨速度503不会出现振荡。

以下对根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制方法进行详细描述。

图6是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制方法的流程图。所述变桨控制方法可由变桨控制器执行，并且变桨控制器可使用PID控制逻辑计算给定变桨速度。

参照图6，在步骤S601中，可响应于风力发电机组处于变桨状态，获取叶片的实际变桨角度。换言之，如果风力发电机组未处于变桨状态，或者风力发电机组处于开环顺桨状态，不会启动根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制方法。

在步骤S602中，可基于叶片的目标变桨角度及获取的实际变桨角度，计算第一给定变桨速度。具体地讲，首先，可计算叶片的目标变桨角度和实际变桨角度之间的角度差值；然后，可基于当前时刻的角度差值和第一时刻的角度差值，计算第一给定变桨速度的第一分量；接下来，可基于当前时刻的角度差值、第一时刻的角度差值和第二时刻的角度差值，计算第一给定变桨速度的第二分量；最后，可计算第一给定变桨速度的第一分量与第二分量之和作为当前时刻的第一给定变桨速度。这里，第一时刻表示当前时刻的前一时刻，第二时刻表示第一时刻的前一时刻。以PID控制逻辑为例，第一给定变桨速度的第一分量可以是比例项，而第一给定变桨速度的第二分量可以是微分项。此外，如上所述，通过将积分系数Ki设置为0，可以省略PID控制逻辑的积分项(即，Ki(e(k)))。

根据本公开的实施例，可通过如下方式计算第一给定变桨速度的第一分量。首先，可计算当前时刻的角度差值和第一时刻的角度差值之间的第一差值，然后，可将第一差值、第一预定系数与第一调整系数的乘积确定为第一给定变桨速度的第一分量。这里，第一调整系数大于0且小于1。通过第一调整系数，可适当地减小PID控制逻辑的比例项。另一方面，可通过如下方式计算第一给定变桨速度的第二分量。首先，可计算当前时刻的角度差值同第一时刻的角度差值乘以预定系数后的第二差值，预定系数例如可为2，然后，可计算第二差值与第二时刻的角度差值的第一和值，最后，可将第一和值与第二预定系数的乘积确定为第一给定变桨速度的第二分量。如上所述，第一给定变桨速度的第一分量可以是Ka×Kp×(e(k)-e(k-1))，第一给定变桨速度的第二分量可以是Kd×(e(k)-2e(k-1)+e(k-2))，e(k)表示当前时刻的角度差值，e(k-1)表示第一时刻的角度差值，e(k-2)表示第二时刻的角度差值。第一预定系数(即，比例系数Kp)和第二预定系数(即，微分系数Kd)可由风力发电机组的主控制器下发给变桨控制器，并且比例系数Kp和微分系数Kd可通过现有的各种方法来确定，这里不再赘述。此外，调整系数Ka可以由本领域技术人员根据实际需要来任意设置。

在步骤S603中，可对第一给定变桨速度进行修正，得到第二给定变桨速度。具体地讲，可对第一给定变桨速度的第二分量进行滑动平均值滤波，以确定滤波后的第一给定变桨速度的第二分量。随后，可计算第一给定变桨速度的第一分量与滤波后的第一给定变桨速度的第二分量之和作为当前时刻的第二给定变桨速度。

在步骤S604中，可基于第二给定变桨速度控制风力发电机组的变桨操作。例如，可将第二给定变桨速度输出到变桨驱动器，以驱动变桨电机执行变桨操作。

根据本公开的实施例，在将第一给定变桨速度修正为第二给定变桨速度之后，当第二给定变桨速度小于预定限幅速度(例如但不限于6度/秒)时，可基于第二给定变桨速度的变化趋势调整第二预定系数。

具体地讲，可计算每个采样时刻的第二给定变桨速度的增量。在当前采样时刻的第二给定变桨速度的增量与前一采样时刻的第二给定变桨速度的增量之比大于预定比值阈值，并且当前采样时刻的第二给定变桨速度的增量与当前采样时刻之前的各个采样时刻的第二给定变桨速度的增量的变化趋势相同时，可将第二预定系数增大预定倍数。这里，预定比值阈值可以为大于1的正数，例如但不限于1.5。另一方面，在当前采样时刻的第二给定变桨速度的增量与当前采样时刻的前一采样时刻的第二给定变桨速度的增量斜率的变化趋势不同，并且当前采样时刻的第二给定变桨速度的增量的绝对值大于前一采样时刻的第二给定变桨速度的增量的绝对值时，可将第二预定系数减小预定倍数。如上所述，预定倍数可以是例如1.2～1.5。

根据本公开的实施例，对于采样时刻k，可基于采样时刻k的第二给定变桨速度以及前一采样时刻k-1的第二给定变桨速度计算采样时刻k的第二给定变桨速度的增量。例如，可将采样时刻k的第二给定变桨速度与前一采样时刻k-1的第二给定变桨速度的差值计算为采样时刻k的第二给定变桨速度的增量。可选择地，可将采样时刻k的第二给定变桨速度的增量的绝对值与前一时刻k-1的第二给定变桨速度的增量的绝对值之比确定为调整第二预定系数的预定倍数。

根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制方法，通过在PID控制逻辑的微分环节增加滤波处理，可以延缓微分环节的作用时间，同时通过对微分系数进行自动调整，一方面可以提高系统的响应速度，减少系统的超调量，另一方面可以避免/降低系统振荡；通过适当减小PID控制逻辑的比例系数，可以防止出现系统振荡而导致系统稳定性变差，同时通过去掉PID控制逻辑的积分环节，可以避免因为积分饱和而导致的系统超调。

图7是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制器的框图。

参照图7，根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制器700可包括处理器710和存储器720。处理器710可包括(但不限于)中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、微处理器、专用集成电路(ASIC)等。存储器720存储将由处理器710执行的计算机程序。存储器720包括高速随机存取存储器和/或非易失性计算机可读存储介质。当处理器710执行存储器720中存储的计算机程序时，可实现如上所述的风力发电机组的变桨控制方法。

可选择地，控制器700可以以有线/无线通信方式与风力发电机组中的其他组件进行通信，还可以以有线/无线通信方式与风电场中的其他装置进行通信。此外，控制器700可以以有线/无线通信方式与风电场外部的装置进行通信。

图8是示出应用根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制方法的变桨操作过程中位置变化曲线和输出速度曲线的示例的示意图。参照图8，实际位置802可快速、准确地到达目标位置801，变桨控制器的稳定性高、响应时间短。另一方面，给定变桨速度803没有出现振荡现象。

根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制方法可被编写为计算机程序并被存储在计算机可读存储介质上。当所述计算机程序被处理器执行时，可实现如上所述的风力发电机组的变桨控制方法。计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪存、非易失性存储器、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、蓝光或光盘存储器、硬盘驱动器(HDD)、固态硬盘(SSD)、卡式存储器(诸如，多媒体卡、安全数字(SD)卡或极速数字(XD)卡)、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及任何其他装置，所述任何其他装置被配置为以非暂时性方式存储计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构并将所述计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机使得处理器或计算机能执行所述计算机程序。在一个示例中，计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机系统上，使得计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构通过一个或多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行。

另一方面，根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制方法可被实现为一种包括计算机程序的计算机程序产品，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的风力发电机组的变桨控制方法。

根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制方法和变桨控制器，通过利用PID控制逻辑的输出特性，对风力发电机组的变桨控制中的PID控制逻辑进行优化，可在风力发电机组的变桨控制过程中实现自动寻优，而不需要进行复杂的PID参数的整定。

此外，根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制方法和变桨控制器，通过在PID控制逻辑的微分环节增加滤波处理，可以延缓微分环节的作用时间，同时通过对微分系数进行自动调整，一方面可以提高系统的响应速度，减少系统的超调量，另一方面可以避免/降低系统振荡。

此外，根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制方法和变桨控制器，通过适当减小PID控制逻辑的比例系数，可以防止出现系统振荡而导致系统稳定性变差，同时通过去掉PID控制逻辑的积分环节，可以避免因为积分饱和而导致的系统超调。

虽然已表示和描述了本公开的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (13)

1.一种风力发电机组的变桨控制方法，其特征在于，所述变桨控制方法包括：

响应于风力发电机组处于变桨状态，获取叶片的实际变桨角度；

基于叶片的目标变桨角度及获取的实际变桨角度，计算第一给定变桨速度；

对所述第一给定变桨速度进行修正，得到第二给定变桨速度；

基于所述第二给定变桨速度控制风力发电机组的变桨操作。

2.如权利要求1所述的变桨控制方法，其特征在于，基于叶片的目标变桨角度及获取的实际变桨角度，计算第一给定变桨速度的步骤包括：

计算叶片的目标变桨角度和实际变桨角度之间的角度差值；

基于当前时刻的角度差值和第一时刻的角度差值，计算第一给定变桨速度的第一分量；

基于当前时刻的角度差值、第一时刻的角度差值和第二时刻的角度差值，计算第一给定变桨速度的第二分量；

计算第一给定变桨速度的第一分量与第二分量之和作为当前时刻的第一给定变桨速度，

其中，第一时刻表示当前时刻的前一时刻，第二时刻表示第一时刻的前一时刻。

3.如权利要求2所述的变桨控制方法，其特征在于，对所述第一给定变桨速度进行修正，得到第二给定变桨速度的步骤包括：

对第一给定变桨速度的第二分量进行滑动平均值滤波，以确定滤波后的第一给定变桨速度的第二分量；

计算第一给定变桨速度的第一分量与滤波后的第一给定变桨速度的第二分量之和作为当前时刻的第二给定变桨速度。

4.如权利要求2所述的变桨控制方法，其特征在于，计算第一给定变桨速度的第一分量的步骤包括：

计算当前时刻的角度差值和第一时刻的角度差值之间的第一差值；

将第一差值、第一预定系数与第一调整系数的乘积确定为第一给定变桨速度的第一分量，其中，第一调整系数大于0且小于1。

5.如权利要求2所述的变桨控制方法，其特征在于，计算第一给定变桨速度的第二分量的步骤包括：

计算当前时刻的角度差值同第一时刻的角度差值乘以预定系数后的第二差值；

计算第二差值与第二时刻的角度差值的第一和值，将第一和值与第二预定系数的乘积确定为第一给定变桨速度的第二分量。

6.如权利要求5所述的变桨控制方法，其特征在于，所述变桨控制方法还包括：

在将第一给定变桨速度修正为第二给定变桨速度之后，响应于第二给定变桨速度小于预定限幅速度，基于第二给定变桨速度的变化趋势调整第二预定系数。

7.如权利要求6所述的变桨控制方法，其特征在于，基于第二给定变桨速度的变化趋势调整第二预定系数的步骤包括：

计算每个采样时刻第二给定变桨速度的增量；

响应于当前时刻第二给定变桨速度的增量与前一时刻第二给定变桨速度的增量之比大于预定比值阈值，并且当前时刻第二给定变桨速度的增量与当前时刻之前各个时刻的第二给定变桨速度的增量的变化趋势相同，将第二预定系数增大预定倍数，

其中，预定比率阈值为大于1的正数。

8.如权利要求6所述的变桨控制方法，其特征在于，基于第二给定变桨速度的变化趋势调整第二预定系数的步骤包括：

计算每个采样时刻第二给定变桨速度的增量；

响应于当前时刻第二给定变桨速度的增量与前一时刻第二给定变桨速度的增量的变化趋势不同，并且当前时刻第二给定变桨速度增量的绝对值大于前一时刻第二给定变桨速度增量的绝对值，将第二预定系数减小预定倍数。

9.如权利要求7或8所述的变桨控制方法，其特征在于，针对任一采样时刻，基于所述任一采样时刻第二给定变桨速度以及所述任一采样时刻的前一采样时刻的第二给定变桨速度，计算所述任一采样时刻第二给定变桨速度的增量。

10.如权利要求7或8所述的变桨控制方法，其特征在于，预定倍数为当前采样时刻第二给定变桨速度增量的绝对值与前一采样时刻第二给定变桨速度增量的绝对值之比。

11.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至10中任意一项所述的变桨控制方法。

12.一种变桨控制器，其特征在于，所述变桨控制器包括：

处理器；和

存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至10中任意一项所述的变桨控制方法。

13.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求12所述的变桨控制器。

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