一種基于卡爾曼濾波的獨立變槳載荷控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種風(fēng)電變獎系統(tǒng)控制方法，尤其是一種基于卡爾曼濾波的獨立變獎 載荷控制方法，屬于風(fēng)電控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)能利用率的不斷增加，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，裝機容量不斷增大，風(fēng)輪由于風(fēng) 切效應(yīng)和塔影效應(yīng)等引起的載荷不平衡和風(fēng)葉疲勞等問題成為不可忽視的重要問題。當風(fēng) 速在額定值W上時，為輸出恒定功率，需采用變獎?wù){(diào)節(jié)方式，現(xiàn)在常用的為統(tǒng)一變獎方法。 但隨著風(fēng)機規(guī)模的不斷增大，風(fēng)輪載荷的嚴重不平衡將導(dǎo)致風(fēng)葉疲勞甚至損害，由此，獨立 變獎控制技術(shù)逐步受到重視。
[0003] 變獎距控制技術(shù)采用=個獨立的變獎驅(qū)動系統(tǒng)，根據(jù)實際需求對=個獎葉進行單 獨控制，從而實現(xiàn)風(fēng)電系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行。但是，風(fēng)電系統(tǒng)運行或控制中往往存在未知或不 確定時變擾動，該將對風(fēng)電系統(tǒng)運行及控制產(chǎn)生較大影響，嚴重時會降低運行效率甚至出 現(xiàn)故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于卡爾曼濾波的獨 立變獎載荷控制方法，該方法實現(xiàn)簡單，控制準確，能實現(xiàn)風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 一種基于卡爾曼濾波的獨立變獎控制方法包括如下步驟：
[0007] (a)獲取變獎系統(tǒng)獎葉根部載荷Ml、M2、Ms,進行dq坐標變換產(chǎn)生d軸的載荷分量 Md和q軸的載荷分量M。；
[000引 化）將經(jīng)卡爾曼載荷控制器優(yōu)化后的d軸載荷分量的偏差分量AMd和q軸載荷分 量M。。的偏差分量AM。分別經(jīng)卡爾曼載荷控制器產(chǎn)生期望的d軸獎距角分量0 d、q軸獎距 角分量0。，所述d軸獎距角分量0d、q軸獎距角分量0。經(jīng)dq坐標逆變換得到期望獎距角 分量 P 1，P 2，0 3;
[0009] (C)獲取風(fēng)電系統(tǒng)實際轉(zhuǎn)速和輸出功率，經(jīng)多變量控制器產(chǎn)生統(tǒng)一獎距角期望值 0。。1和轉(zhuǎn)矩期望值r。,；
[0010] (d)統(tǒng)一獎距角期望值分別與期望獎距角分量0 1、0 2、0 3相加，得到最終獎距角 期望值0 ,1、0 ,2、0 d，將最終獎距角期望值0 tl、0 t2、0 作用于各個獎葉對應(yīng)的獨立變獎 機構(gòu)，實現(xiàn)風(fēng)電系統(tǒng)獨立變獎控制。
[0011] 所述步驟（a)中，變獎系統(tǒng)獎葉根部載荷通過安裝在風(fēng)輪葉片根部的光纖應(yīng)變傳 感器獲取，所述dq坐標變換方法如下：
[0012]
【主權(quán)項】
1. 一種基于卡爾曼濾波的獨立變槳控制方法，其特征在于包括如下步驟： (a) 獲取變槳系統(tǒng)槳葉根部載荷MpM2、M3，進行dq坐標變換產(chǎn)生d軸的載荷分量仏和 q軸的載荷分量Mq; (b) 將經(jīng)卡爾曼載荷控制器優(yōu)化后的d軸載荷分量Mde的偏差分量Λ M JPq軸載荷分 量Mqe的偏差分量Λ Mq分別經(jīng)卡爾曼載荷控制器產(chǎn)生期望的d軸槳距角分量β d、q軸槳距 角分量β,，所述d軸槳距角分量f3d、q軸槳距角分量β,經(jīng)dq坐標逆變換得到期望槳距角 0? β i，β 2，β 3; (c) 獲取風(fēng)電系統(tǒng)實際轉(zhuǎn)速和輸出功率，經(jīng)多變量控制器產(chǎn)生統(tǒng)一槳距角期望值βΜ? 和轉(zhuǎn)矩期望值Γ"; (d) 統(tǒng)一槳距角期望值分別與期望槳距角分量βρ β2、β3相加，得到最終槳距角期望 值，將最終槳距角期望值作用于各個槳葉對應(yīng)的獨立變槳機 構(gòu)，實現(xiàn)風(fēng)電系統(tǒng)獨立變槳控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的獨立變槳載荷控制方法，其特征是， 所述步驟（a)中，變槳系統(tǒng)槳葉根部載荷通過安裝在風(fēng)輪葉片根部的光纖應(yīng)變傳感器獲 取，所述dq坐標變換方法如下：
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的獨立變槳載荷控制方法，其特征是， 所述步驟（b)中，dq坐標逆變換方法如下：
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的獨立變槳載荷控制方法，其特征是， 所述卡爾曼載荷控制器是在PID控制的基礎(chǔ)上加入卡爾曼濾波器，所述卡爾曼濾波器算法 如下， 首先給出系統(tǒng)的預(yù)測方程： x(k|k-l) = Ax(k-1Ik-1)+Bu(k) (3) 其中，x(k|k-i)是利用前一狀態(tài)對當前狀態(tài)的預(yù)測值，x(k-i|k-i)是前一狀態(tài)的最優(yōu) 預(yù)測值，U (k)是當前狀態(tài)的控制量，A，B為系統(tǒng)矩陣。對應(yīng)于X (k-11 k-ι)的協(xié)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)對應(yīng)的協(xié)方差，P (k-11 k-1)是x (k-11 k-1)對應(yīng)的協(xié)方差， Q是系統(tǒng)過程噪聲協(xié)方差，T表示矩陣轉(zhuǎn)置。由以上兩式完成對系統(tǒng)狀態(tài)的預(yù)測，再收集現(xiàn) 在狀態(tài)的測量值，結(jié)合兩值得到系統(tǒng)現(xiàn)在狀態(tài)的最優(yōu)估算值： X (k I k) = X (k I k-1) +Kg(k) [Z (k) -χ (k | k-1) ] (5) 其中，卡爾曼增益Kg(k) = P (k I k-1) / [P (k I k-1) +R]，R為測量噪聲協(xié)方差，Z (k)是當前 時刻的測量輸出值。為使卡爾曼濾波器不斷運行，更新k時刻x(k|k)的協(xié)方差P(k|k)= [1-Kg (k) ] P (k I k-1)，P (k)是當前時刻的最優(yōu)協(xié)方差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的獨立變槳載荷控制方法，其特征是， 所述步驟（c)中，多變量控制器包含兩個PI控制器，所述多變量控制器和上述卡爾曼載荷 控制器在同一數(shù)字信號處理器DSP上實現(xiàn)。
【專利摘要】一種基于卡爾曼濾波的獨立變槳載荷控制方法，包括如下步驟：(a)獲取變槳系統(tǒng)槳葉根部載荷，進行dq坐標變換產(chǎn)生d-q軸的載荷分量；(b)經(jīng)卡爾曼載荷控制器優(yōu)化后的d-q軸的載荷分量的偏差分量經(jīng)卡爾曼載荷控制器產(chǎn)生期望的d-q軸槳距角分量，經(jīng)dq坐標逆變換得到期望槳距角分量；(c)獲取風(fēng)電系統(tǒng)實際轉(zhuǎn)速和輸出功率，經(jīng)多變量控制器產(chǎn)生統(tǒng)一槳距角期望值βcol和轉(zhuǎn)矩期望值Γar；(d)統(tǒng)一槳距角期望值分別與期望槳距角分量相加，得到最終槳距角期望值，將其作用于各個槳葉對應(yīng)的獨立變槳機構(gòu)，實現(xiàn)風(fēng)電系統(tǒng)獨立變槳控制。本發(fā)明能提高d-q軸載荷分量的預(yù)測精度，從而改善控制結(jié)果；同時提高了風(fēng)電系統(tǒng)槳距角控制精度，為風(fēng)電變槳提供了有價值的參考方案。
【IPC分類】F03D7-00
【公開號】CN104533716
【申請?zhí)枴緾N201410706136
【發(fā)明人】李泰 , 侯小燕, 張貞凱, 楊德亮, 朱志宇, 張永林, 趙黎, 劉海艦
【申請人】江蘇科技大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月27日