[发明专利]风力发电机组的液压变桨控制方法和装置

说明书

提供一种风力发电机组的液压变桨控制方法和装置，该液压变桨控制方法包括：根据活塞位移的给定值，通过前馈环节获得前馈控制量；获取活塞位移的实测值；根据所述活塞位移的给定值和实测值，确定活塞位移的控制误差；基于所述前馈控制量和所述活塞位移的控制误差，获得活塞位移的控制值；基于所述活塞位移的控制值控制被控对象动作，来控制输送到液压缸的液压油流量，以驱动活塞运动来带动变桨轴承进行变桨。基于本发明示例性实施例的风力发电机组的液压变桨控制方法和装置，能够对液压变桨控制系统的动态性能进行优化，提高系统的跟随能力。

技术领域

本发明总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的液压变桨控制方法和装置。

背景技术

能源是社会经济和人类生活的主要物质基础，是社会发展的动力。然而，作为世界能源主要支柱的石油、煤炭、天然气等不可再生的能源的储量日趋减少，世界各个国家都在发展风力发电，风力发电作为新能源，已经形成了成熟的规模。

风力发电机组是将风能转换成电能的设备，风力发电机组的变桨控制装置包括可调速的电动机通过齿轮或齿形带驱动叶片的电动变桨系统，或者由电磁阀控制液压缸直接作用于变桨轴承的液压变桨系统。目前，在海上大兆瓦风力发电机组上广泛应用的液压变桨系统由位于机舱的液压站(主要包括油泵、油箱、散热系统和相关传感器)、位于轮毂的执行机构(主要包括液压缸、蓄能器、控制阀组和相关传感器、)和用于连接的旋转接头和管路等部分组成。

现有的液压变桨系统的控制目标是桨叶位置，控制方式为PID控制，对于变桨系统PID控制器通过制定合理的控制参数可以保证目标位置的稳态跟踪精度，但位置跟踪的动态过程不可控。提高变桨控制的动态跟踪能力能够为风力发电机组发电量和载荷的动态可控性提供支持从而提高整机的竞争力。

目前，主流的液压变桨系统普遍采用比例阀控制液压缸作为执行机构，系统如图1所示。作为位置闭环的被控对象，阀控缸系统阀门开度到液压缸位移之间的传递函数如下：

x_p表示液压缸的活塞位移，x_v表示伺服阀阀芯位移，A_p表示液压缸负载压力等效面积，B_p表示活塞及负载的粘性阻尼系数，F_L表示作用在活塞上的工作负载，K_q表示流量增益，β_e表示有效体积弹性模量(包括油液、管道和钢体的机械柔度)，V_t表示液压缸工作腔的总容积，K_ce表示总流量—压力系数，m_t表示负载等效质量。

被控对象传递函数由一个二阶系统加积分环节组成，二阶系统的固有频率会随着液压缸位移导致的大小腔体积变化而变化，因此一套PID参数难以在所有变桨角度达到最佳的稳定性、快速性和准确性的平衡。尤其是在较大的变桨角度下，变桨系统刚度和比例增益可调的上限下降，而此时叶片重力引入的扰动较大，需要较高的增益进行补偿。单纯依靠闭环控制难以解决上述矛盾。

即使是在位置可控性较好小角度范围，由于液压系统固有的欠阻尼特性，在实际位置接近目标位置的过程中也会出现震荡收敛的动态过程(如图2所示)。

发明内容

本发明的示例性实施例的目的在于提供一种风力发电机组的液压变桨控制方法和装置，以对液压运动控制的动态性能进行优化。

在一个总体方面，提供一种风力发电机组的液压变桨控制方法，所述液压变桨控制方法包括：根据活塞位移的给定值，通过前馈环节获得前馈控制量；获取活塞位移的实测值；根据所述活塞位移的给定值和实测值，确定活塞位移的控制误差；基于所述前馈控制量和所述活塞位移的控制误差，获得活塞位移的控制值；基于所述活塞位移的控制值控制被控对象动作，来控制输送到液压缸的液压油流量，以驱动活塞运动来带动变桨轴承进行变桨。