一种基于卡尔曼滤波的独立变桨载荷控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种风电变奖系统控制方法，尤其是一种基于卡尔曼滤波的独立变奖 载荷控制方法，属于风电控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着风能利用率的不断增加，风电产业迅速发展，装机容量不断增大，风轮由于风 切效应和塔影效应等引起的载荷不平衡和风叶疲劳等问题成为不可忽视的重要问题。当风 速在额定值W上时，为输出恒定功率，需采用变奖调节方式，现在常用的为统一变奖方法。 但随着风机规模的不断增大，风轮载荷的严重不平衡将导致风叶疲劳甚至损害，由此，独立 变奖控制技术逐步受到重视。
[0003] 变奖距控制技术采用=个独立的变奖驱动系统，根据实际需求对=个奖叶进行单 独控制，从而实现风电系统高效稳定运行。但是，风电系统运行或控制中往往存在未知或不 确定时变扰动，该将对风电系统运行及控制产生较大影响，严重时会降低运行效率甚至出 现故障。
【发明内容】
[0004] 本发明的目在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种基于卡尔曼滤波的独 立变奖载荷控制方法，该方法实现简单，控制准确，能实现风电系统的稳定高效运行。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种基于卡尔曼滤波的独立变奖控制方法包括如下步骤：
[0007] (a)获取变奖系统奖叶根部载荷Ml、M2、Ms,进行dq坐标变换产生d轴的载荷分量 Md和q轴的载荷分量M。；
[000引 化）将经卡尔曼载荷控制器优化后的d轴载荷分量的偏差分量AMd和q轴载荷分 量M。。的偏差分量AM。分别经卡尔曼载荷控制器产生期望的d轴奖距角分量0 d、q轴奖距 角分量0。，所述d轴奖距角分量0d、q轴奖距角分量0。经dq坐标逆变换得到期望奖距角 分量 P 1，P 2，0 3;
[0009] (C)获取风电系统实际转速和输出功率，经多变量控制器产生统一奖距角期望值 0。。1和转矩期望值r。,；
[0010] (d)统一奖距角期望值分别与期望奖距角分量0 1、0 2、0 3相加，得到最终奖距角 期望值0 ,1、0 ,2、0 d，将最终奖距角期望值0 tl、0 t2、0 作用于各个奖叶对应的独立变奖 机构，实现风电系统独立变奖控制。
[0011] 所述步骤（a)中，变奖系统奖叶根部载荷通过安装在风轮叶片根部的光纤应变传 感器获取，所述dq坐标变换方法如下：
[0012]
【主权项】
1. 一种基于卡尔曼滤波的独立变桨控制方法，其特征在于包括如下步骤： (a) 获取变桨系统桨叶根部载荷MpM2、M3，进行dq坐标变换产生d轴的载荷分量仏和 q轴的载荷分量Mq; (b) 将经卡尔曼载荷控制器优化后的d轴载荷分量Mde的偏差分量Λ M JPq轴载荷分 量Mqe的偏差分量Λ Mq分别经卡尔曼载荷控制器产生期望的d轴桨距角分量β d、q轴桨距 角分量β,，所述d轴桨距角分量f3d、q轴桨距角分量β,经dq坐标逆变换得到期望桨距角 0? β i，β 2，β 3; (c) 获取风电系统实际转速和输出功率，经多变量控制器产生统一桨距角期望值βΜ? 和转矩期望值Γ"; (d) 统一桨距角期望值分别与期望桨距角分量βρ β2、β3相加，得到最终桨距角期望 值，将最终桨距角期望值作用于各个桨叶对应的独立变桨机 构，实现风电系统独立变桨控制。
2. 根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的独立变桨载荷控制方法，其特征是， 所述步骤（a)中，变桨系统桨叶根部载荷通过安装在风轮叶片根部的光纤应变传感器获 取，所述dq坐标变换方法如下：
3. 根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的独立变桨载荷控制方法，其特征是， 所述步骤（b)中，dq坐标逆变换方法如下：
4. 根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的独立变桨载荷控制方法，其特征是， 所述卡尔曼载荷控制器是在PID控制的基础上加入卡尔曼滤波器，所述卡尔曼滤波器算法 如下， 首先给出系统的预测方程： x(k|k-l) = Ax(k-1Ik-1)+Bu(k) (3) 其中，x(k|k-i)是利用前一状态对当前状态的预测值，x(k-i|k-i)是前一状态的最优 预测值，U (k)是当前状态的控制量，A，B为系统矩阵。对应于X (k-11 k-ι)的协方差P (k I k-1) 的更新公式： P (k I k-1) = AP(k-l|k-l)AT+Q (4) 其中，P (k I k-1)是x (k I k-1)对应的协方差，P (k-11 k-1)是x (k-11 k-1)对应的协方差， Q是系统过程噪声协方差，T表示矩阵转置。由以上两式完成对系统状态的预测，再收集现 在状态的测量值，结合两值得到系统现在状态的最优估算值： X (k I k) = X (k I k-1) +Kg(k) [Z (k) -χ (k | k-1) ] (5) 其中，卡尔曼增益Kg(k) = P (k I k-1) / [P (k I k-1) +R]，R为测量噪声协方差，Z (k)是当前 时刻的测量输出值。为使卡尔曼滤波器不断运行，更新k时刻x(k|k)的协方差P(k|k)= [1-Kg (k) ] P (k I k-1)，P (k)是当前时刻的最优协方差。
5.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的独立变桨载荷控制方法，其特征是， 所述步骤（c)中，多变量控制器包含两个PI控制器，所述多变量控制器和上述卡尔曼载荷 控制器在同一数字信号处理器DSP上实现。
【专利摘要】一种基于卡尔曼滤波的独立变桨载荷控制方法，包括如下步骤：(a)获取变桨系统桨叶根部载荷，进行dq坐标变换产生d-q轴的载荷分量；(b)经卡尔曼载荷控制器优化后的d-q轴的载荷分量的偏差分量经卡尔曼载荷控制器产生期望的d-q轴桨距角分量，经dq坐标逆变换得到期望桨距角分量；(c)获取风电系统实际转速和输出功率，经多变量控制器产生统一桨距角期望值βcol和转矩期望值Γar；(d)统一桨距角期望值分别与期望桨距角分量相加，得到最终桨距角期望值，将其作用于各个桨叶对应的独立变桨机构，实现风电系统独立变桨控制。本发明能提高d-q轴载荷分量的预测精度，从而改善控制结果；同时提高了风电系统桨距角控制精度，为风电变桨提供了有价值的参考方案。
【IPC分类】F03D7-00
【公开号】CN104533716
【申请号】CN201410706136
【发明人】李泰 , 侯小燕, 张贞凯, 杨德亮, 朱志宇, 张永林, 赵黎, 刘海舰
【申请人】江苏科技大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月27日