帶增益調度的風力發電變槳距控制研究

    變槳距風力機組的槳距角參考值可由風速、電機轉速和發電機輸出功率三個參數來獨立控制，但由于風速難于精確測量，而且在整個風輪掃掠面上的風速并不相等，所以本文不用風速作為變槳控制量，而選擇電機輸出功率作為控制槳距角的變量。其控制策略如圖3所示。

    功率反饋信號和功率給定值之間的誤差作為PI控制器的輸入，PI控制器給出槳距角參考值βref，但是由于槳距角的變化對于風速而言是非線性的，當風速在額定值附近時，較小的風速變化也需要槳距角改變一個較大的角度才能使輸出功率穩定，所以在風速超過額定不多的風速階段，需要較大的PI控制器增益；而在超過額定風速較多的高風速段，較大的風速變化只需要一個較小的槳距角改變量就可以使輸出功率穩定，所以在此風速段PI控制器的增益可以較小。所以控制器所需的增益大小和所需的槳距角基本成線性反比關系，由此提出一種由槳距角大小來調節控制器增益的控制策略，即在原有控制系統中加入一個增益調度控制器，使PI控制器的在所需槳距角較小時有較大的增益，在所需槳距角較大時有較小的增益，此增益控制器由一個多項式實現。帶增益調度控制器的變槳控制框圖如圖4所示。

   圖5為變槳執行機構模型，其中由控制器給出槳矩角參考值βref，并與實際β比較得出△β，通過變矩驅動機構改變槳距角。由于大容量的風機槳葉重達數噸，考慮到調節器疲勞，槳矩角的變化速率要有限制，且其角度也有限制，即其動態特性是在槳矩角和槳矩速率上都有飽和限制的非線性動態，當槳矩角和槳矩速率小于飽和限度時，槳矩動態呈線性。
    變槳執行機構的數學模型可以描述如下：

3 變槳控制仿真