一種發(fā)電機接力器行程的容錯控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)電機接力器行程的容錯控制方法，當機組控制系統(tǒng)正常運行時，接力器行程采用含非線性積分的PI控制，當接力器行程傳感器被診斷出故障時，控制器啟動其軟件數(shù)學模型，通過計算得到其反饋值，經(jīng)PWM、功率放大及濾波后，輸出至機械液壓隨動系統(tǒng)，使發(fā)電機組繼續(xù)在自動方式實施閉環(huán)實時控制，使機組無需切換至手動運行狀態(tài)，也無需停機，可繼續(xù)在自動方式實施閉環(huán)實時控制，并在機組甩負荷時，可自動調(diào)整到空載狀態(tài)，防止機組過速，控制精度及控制性能優(yōu)于手動運行狀態(tài)，對發(fā)電機組的安全運行有很重要作用。
【專利說明】一種發(fā)電機接力器行程的容錯控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新能源發(fā)電及接入技術(shù)，尤其是一種發(fā)電機接力器行程的容錯控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在風力發(fā)電中，采用變漿控制技術(shù)控制風力發(fā)電機漿葉接力器行程來改變其葉片轉(zhuǎn)角，使風機額定點以上輸出功率平穩(wěn)，減少氣候變化對輸出功率造成的影響，并能在各種條件下，對動力矩控制進行優(yōu)化，對機組運行的安全也有很重要的作用。在水力發(fā)電中，通過對水輪發(fā)電機導(dǎo)葉接力器行程的控制來改變其導(dǎo)葉開度，可調(diào)整水輪機動力矩，以控制調(diào)整發(fā)電機的頻率及有功功率。發(fā)電機組中，控制漿葉或?qū)~接力器行程有伺服電機、機械液壓等控制方式。在機械液壓控制方式中，當漿葉或?qū)~接力器行程傳感器發(fā)生故障時，如采用常規(guī)控制，就需將機組切至手動運行或停機。在手動運行狀態(tài)下，它不是閉環(huán)實時控制，控制精度低，控制速度慢，當機組出現(xiàn)故障與系統(tǒng)解列甩負荷時，還會產(chǎn)生機組過速，影響發(fā)電機及壓力鋼管等設(shè)備的壽命。
[0003]故，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種發(fā)電機接力器行程的容錯控制方法，當發(fā)電機漿葉或?qū)~接力器行程傳感器發(fā)生故障時，采用容錯控制方法，使機組無需切換至手動運行狀態(tài)，也無需停機，可繼續(xù)在自動方式實施閉環(huán)實時控制，并在機組甩負荷時，可自動調(diào)整到空載狀態(tài)，防止機組過速，控制精度及控制性能優(yōu)于手動運行狀態(tài)，對發(fā)電機組的安全運行有很重要作用。
[0005]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明發(fā)電機接力器行程的容錯控制方法可采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種發(fā)電機接力器行程的容錯控制方法，包括接力器軟件數(shù)學模型、接力器行程PI (非線性積分)控制算法、PWM (脈沖寬度調(diào)制)輸出、接力器行程傳感器、傳感器診斷系統(tǒng)；
[0007]當機組控制系統(tǒng)正常運行時，接力器行程采用含非線性積分的PI控制，當接力器行程傳感器被診斷出故障時，控制器啟動其軟件數(shù)學模型，通過計算得到其反饋值，經(jīng)PWM、功率放大及濾波后，輸出至機械液壓隨動系統(tǒng)，使發(fā)電機組繼續(xù)在自動方式實施閉環(huán)實時控制而無需切換至手動狀態(tài)運行。
[0008]所述的接力器行程采用PI控制，是比例積分控制，其中積分控制中采用非線性







t
積分，即當導(dǎo)葉接力器行程偏差ey大于零時，積分控制分量為K ，當ey過零點時，






O
ey (n) *ey (n+1) <0時，積分值清零，然后再對ey進行積分^為積分增益，t為時間，η為表示第η個導(dǎo)葉，η為大于I的自然數(shù)。此種控制方法克服了常規(guī)積分控制中上升時間與超調(diào)量失衡的缺陷，積分增益取值范圍大，上升時間快，調(diào)節(jié)時間短，且超調(diào)量小，具有較好的魯 棒性，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量指標得到明顯改善，是無差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0009]所述的接力器軟件模型，其數(shù)學模型傳遞函數(shù)為7^7，導(dǎo)葉控制PI輸出值為Ywt。
? Y n r
接力器行程計算值Yfb (n+1) =Yfb (n) +Y0Ut X TY，得到其反饋值為YFB，經(jīng)計算，得到偏差ey，進行 PI計算，進行閉環(huán)實時控制而無需切換至手動狀態(tài)運行；解決了因接力器行程傳感器故障 切換至手動運行時，控制精度低，控制時間長，甩負荷狀態(tài)因機組過速給發(fā)電機組帶來安全 隱患等問題。發(fā)電機組漿葉接力器行程容錯控制方法與其相同。其中，TY為接力器時間常 數(shù)。
[0010]PWM輸出模塊，采用脈寬調(diào)制方式取代了傳統(tǒng)的D/A變換器，PWM的周期固定，通過 改變它高電平寬度來表達它的直流分量，通過二階低通濾波器濾掉其高次諧波得到它的直 流分量，經(jīng)功率放大后輸出至液壓隨動系統(tǒng)。
[0011]接力器行程傳感器故障診斷系統(tǒng)，由計算機對傳感器行程采樣后，先進行數(shù)字濾 波，然后由故障診斷系統(tǒng)診斷；診斷依據(jù)為：傳感器行程范圍、最快關(guān)閉時間1、采樣周期 T、接力器時間常數(shù)Ty。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在發(fā)電機組的接力器行程控制系統(tǒng)中，當其傳感器出現(xiàn) 故障時，通過診斷系統(tǒng)進行識別后，可不切換至手動狀態(tài)運行，采用接力器軟件數(shù)學模型， 經(jīng)過計算得到接力器行程數(shù)據(jù)作為其反饋值，確保在發(fā)電機接力器行程傳感器出現(xiàn)故障時 維持在實時閉環(huán)自動控制方式下運行。發(fā)電機接力器行程閉環(huán)控制采用非線性積分的PI 控制，比常規(guī)PI控制在調(diào)節(jié)時間、穩(wěn)定裕量等控制指標上有很大的提高，解決了因接力器 行程傳感器故障切換至手動運行時，控制精度低，控制時間長，甩負荷狀態(tài)因機組過速給發(fā) 電機組帶來安全隱患等問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明中發(fā)電機接力器行程控制原理框圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明 本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各 種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0015]請參閱圖1所示，如圖1所示，本發(fā)明接力器行程容錯控制方法包括：接力器軟 件數(shù)學模型、接力器行程PI (非線性積分）控制算法、PWM (脈沖寬度調(diào)制）輸出、功率放大 及濾波、液壓隨動系統(tǒng)、接力器、接力器行程傳感器、傳感器診斷系統(tǒng)、軟件切換開關(guān)。
[0016]控制器根據(jù)發(fā)電機組運行狀態(tài)及參數(shù)等條件，輸出導(dǎo)葉接力器行程給定值Yct* 漿葉接力器行程給定值fct，接力器行程傳感器輸出其反饋值Yfb或Ffb。經(jīng)計算，得到導(dǎo)葉接 力器行程偏差ey或漿葉接力器行程偏差ef。本PI算法在常規(guī)PI算法上做了改進，采用了
非線性積分，以下以發(fā)電機導(dǎo)葉控制為例，當偏差ey過零點時，ey(n)*ey(n+l)〈0時，積分控
t
制分量& j^清零。然后對ey再進行積分，此種算法解決了上升時間與超調(diào)量失衡的問 0題，對系統(tǒng)的魯棒性、調(diào)節(jié)時間、超調(diào)量指標有明顯的提高。
[0017]PWM輸出模塊，采用脈寬調(diào)制方式取代了傳統(tǒng)的D/A變換器，PWM的周期固定，通過改變它高電平寬度來表達它的直流分量，通過二階低通濾波器濾掉其高次諧波得到它的直流分量，經(jīng)功率放大后輸出至液壓隨動系統(tǒng)。PWM輸出與常規(guī)的D/A變換器相比，具有硬件電路簡單，成本低，可靠性高等優(yōu)點，PWM輸出經(jīng)濾波器濾波后，還具有一定的基波交流分量，對機械液壓部件的卡阻有一定的抑制作用，適用于機械液壓隨動系統(tǒng)的控制。
[0018]液壓隨動系統(tǒng)由電液伺服閥、引導(dǎo)閥、輔助接力器、主配壓閥、主接力器等液壓部件組成，引導(dǎo)閥、輔助接力器是第一級液壓放大器，主配壓閥、主接力器導(dǎo)是第二級液壓伺服裝置。
[0019]接力器行程傳感器采用旋轉(zhuǎn)變壓器等部件組成的數(shù)字式位移變送器，通過傳動機構(gòu)將接力器行程轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度，其轉(zhuǎn)子輸出電壓經(jīng)過電路變換后由計數(shù)器計數(shù)，可直接由計算機讀取。
[0020]接力器行程傳感器故障診斷系統(tǒng)，由計算機對傳感器行程采樣，先進行數(shù)字濾波，然后由故障診斷系統(tǒng)診斷。診斷依據(jù)為:傳感器行程范圍、最快關(guān)閉時間Ts、采樣周期T、接力器時間常數(shù)Ty等。當出現(xiàn)N次以下情況之一，即判定接力器行程傳感器故障:
[0021]1.當傳感器采樣值超出其規(guī)定的范圍；
[0022]2.采樣值突變，
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)電機接力器行程的容錯控制方法，其特征在于，包括接力器軟件數(shù)學模型、接 力器行程PI控制算法、PWM輸出、接力器行程傳感器、傳感器診斷系統(tǒng)；當機組控制系統(tǒng)正常運行時，接力器行程采用含非線性積分的PI控制，當接力器行程 傳感器被診斷出故障時，控制器啟動其軟件數(shù)學模型，通過計算得到其反饋值，經(jīng)PWM、功率 放大及濾波后，輸出至機械液壓隨動系統(tǒng)，使發(fā)電機組繼續(xù)在自動方式實施閉環(huán)實時控制。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機接力器行程的容錯控制方法，其特征在于：所述的接力器行程采用PI控制，是比例積分控制，其中積分控制中采用非線性積分，即當導(dǎo)葉接力器t行程偏差ey大于零時，積分控制分量為Ki jVt/iA，當ey過零點時,
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)電機接力器行程的容錯控制方法，其特征在于：所述的接力器軟件模型，其數(shù)學模型傳遞函數(shù)為‘，導(dǎo)葉控制PI輸出值為Yout ;接力器行程計算值
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)電機接力器行程的容錯控制方法，其特征在于：PWM輸出模 塊，采用脈寬調(diào)制方式取代了傳統(tǒng)的D/A變換器，PWM的周期固定，通過改變它高電平寬度 來表達它的直流分量，通過二階低通濾波器濾掉其高次諧波得到它的直流分量，經(jīng)功率放 大后輸出至液壓隨動系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中任意一項所述的發(fā)電機接力器行程的容錯控制方法，其特征在 于：接力器行程傳感器故障診斷系統(tǒng)，由計算機對傳感器行程采樣后，先進行數(shù)字濾波，然 后由故障診斷系統(tǒng)診斷；診斷依據(jù)為：傳感器行程范圍、最快關(guān)閉時間Ts、采樣周期T、接力 器時間常數(shù)Ty。
【文檔編號】F03D7/00GK103498759SQ201310456037
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】高文, 邵宜祥, 葛東平, 郭崇 申請人:國電南瑞科技股份有限公司