一种风电机组位置控制、同步调试的方法及应用

摘要

本发明涉及一种风电机组位置控制、同步调试的方法及应用，将风机叶片的位置控制过程划分为变桨行程、减速行程、消差行程和停止行程这四个阶段，每个阶段对驱动器的速度指令都有其各自的规划方式，现有技术方案所使用的比例控制主要应用在本发明提出的消差行程中。在风机叶片的位置同步调试方面，现有的技术方案仅有比例系数k可供调节，在叶片变桨过程中往往无法在控制性能和同步性能之间做出较好地权衡。而本发明提出的技术方案，各个叶片的减速加速度a、第三阶段的位置环行程S″和第三阶段的位置比例系数k这3个参数可供调试。可在显著提高叶片位置控制性能的同时有效保证叶片位置之间的实时同步性。

权利要求

1.一种风电机组叶片位置控制方法，其特征在于，包括：实时获取叶片的剩余行程△S、减速行程S′以及位置环行程S″；

当|△S|＞S′且|△S|＞S″时，进入第一阶段，风电机组叶片驱动器的给定速度为风电机组主控模块给定速度；

当|△S|≤S′且|△S|＞S″时，进入第二阶段，风电机组叶片驱动器的给定速度为Vslave＝Vi‑at，其中Vi为叶片进入第二阶段的初速度，a为叶片减速加速度，t为进入第二阶段的时间；

当0.01°≤|△S|≤S″时，进入第三阶段，风电机组叶片驱动器的给定速度为Vslave＝k×ΔS，其中k为位置环比例系数；

当|△S|<0.01°时从第三阶段进入第四阶段，|△S|≥0.05°时退出第四阶段返回第三阶段；第四阶段风电机组叶片驱动器的给定速度为0°/s；

调节各个叶片的减速加速度a、第三阶段的位置环行程S″和第三阶段的位置比例系数k，使得各个叶片位置同步；

所述减速加速度a的大小与第二阶段的时长成反比；所述第三阶段的位置环行程S″与由第二阶段开始切换至第三阶段的时长成正比；所述第三阶段的位置比例系数k与第三阶段的时长成反比，与超调量成正比；调节叶片减速加速度a、第三阶段的位置环行程S″和第三阶段的位置比例系数k，使得三只叶片的位置偏差小于设定阈值；如果某叶片第一阶段时长过长，则减小减速加速度a，如果某叶片第一阶段时长过短，则增大减速加速度a；如果某叶片第二阶段时长超过其他叶片，则增大减速加速度a，如果某叶片第二阶段时长短于其他叶片，则减小减速加速度a；如果某叶片第三阶段时长超过其他叶片，则增大位置比例系数k，如果某叶片第三阶段时长短于其他叶片，则减小位置比例系数k。

2.根据权利要求1所述的风电机组叶片位置控制方法，其特征在于，实时采集叶片当前位置S1以及距离目标位置S2，计算剩余行程△S，△S＝S2‑S1。

3.根据权利要求1或2所述的风电机组叶片位置控制方法，其特征在于，实时计算减速

2 2

行程S′＝0.5*V /a；其中V为进入第三阶段时的叶片速度；a的范围为大于0.0°/s ，小于2

30.0°/s。

4.根据权利要求1或2所述的风电机组叶片位置控制方法，其特征在于，叶片进入第二阶段的初速度 |ΔS|初为进入第二阶段时的剩余行程。

5.一种风电机组叶片位置同步调试方法，其特征在于，包括：采用权利要求1‑4之一所述的风电机组叶片位置控制方法控制叶片位置；

调节各个叶片的减速加速度a、第三阶段的位置环行程S″和第三阶段的位置比例系数k，使得各个叶片位置同步。

6.根据权利要求5所述的风电机组叶片位置同步调试方法，其特征在于，所述减速加速度a的大小与第二阶段的时长成反比；所述第三阶段的位置环行程S″与由第二阶段开始切换至第三阶段的时长成正比；所述第三阶段的位置比例系数k与第三阶段的时长成反比，与超调量成正比；调节叶片减速加速度a、第三阶段的位置环行程S″和第三阶段的位置比例系数k，使得三只叶片的位置偏差小于设定阈值；如果某叶片第一阶段时长过长，则减小减速加速度a，如果某叶片第一阶段时长过短，则增大减速加速度a；如果某叶片第二阶段时长超过其他叶片，则增大减速加速度a，如果某叶片第二阶段时长短于其他叶片，则减小减速加速度a；如果某叶片第三阶段时长超过其他叶片，则增大位置比例系数k，如果某叶片第三阶段时长短于其他叶片，则减小位置比例系数k。

7.一种风电机组叶片驱动器，其特征在于，包括获取单元，判断单元和计算单元；

所述获取单元实时获取叶片的剩余行程△S、减速行程S′、位置环行程S″以及主控模块计算的给定速度；

所述判断单元判断所处阶段，当|△S|＞S′且|△S|＞S″时，判断进入第一阶段；当|△S|≤S′且|△S|＞S″时，进入第二阶段；当0.01°≤|△S|≤S″时，进入第三阶段；当|△S|<

0.01°时从第三阶段进入第四阶段，|△S|≥0.05°时退出第四阶段返回第三阶段；

所述计算单元计算所述风电机组叶片驱动器的给定速度；在第一阶段所述风电机组叶片驱动器的给定速度为所述主控模块计算的给定速度；在第二阶段，所述风电机组叶片驱动器的给定速度为Vslave＝Vi‑at，其中Vi为叶片进入第二阶段的初速度，a为叶片减速加速度，t为进入第二阶段的时间；在第三阶段，所述风电机组叶片驱动器的给定速度为Vslave＝k×ΔS，其中k为位置环比例系数；在第四阶段所述风电机组叶片驱动器的给定速度为0°/s；

调节各个叶片的减速加速度a、第三阶段的位置环行程S″和第三阶段的位置比例系数k，使得各个叶片位置同步；

所述减速加速度a的大小与第二阶段的时长成反比；所述第三阶段的位置环行程S″与由第二阶段开始切换至第三阶段的时长成正比；所述第三阶段的位置比例系数k与第三阶段的时长成反比，与超调量成正比；调节叶片减速加速度a、第三阶段的位置环行程S″和第三阶段的位置比例系数k，使得三只叶片的位置偏差小于设定阈值；如果某叶片第一阶段时长过长，则减小减速加速度a，如果某叶片第一阶段时长过短，则增大减速加速度a；如果某叶片第二阶段时长超过其他叶片，则增大减速加速度a，如果某叶片第二阶段时长短于其他叶片，则减小减速加速度a；如果某叶片第三阶段时长超过其他叶片，则增大位置比例系数k，如果某叶片第三阶段时长短于其他叶片，则减小位置比例系数k。

8.根据权利要求7所述的风电机组叶片驱动器，其特征在于，还包括检测单元，检测叶片当前位置S1、距离目标位置S2，叶片的实时速度；所述获取单元实时计算剩余行程△S＝S2‑S1，基于叶片的实时速度计算叶片的加速度。

9.一种风电机组，其特征在于，包括权利要求8所述的风电机组叶片驱动器、主控模块以及叶片；

所述主控模块计算叶片驱动器驱动叶片的给定速度；

所述叶片按照所述风电机组叶片驱动器输出的给定速度运行。

说明书

一种风电机组位置控制、同步调试的方法及应用

技术领域

[0001] 本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电机组位置控制、同步调试的方法及应用。

背景技术

[0002] 一般情况下，风电机组的主控系统会根据风电场能量管理系统的限功率要求以及当前的实时风况来决定其三只叶片的桨距角，风电机组的变桨系统通过驱动三只叶片的桨
距角到达指定位置来达到调节整台风电机组功率输出的目的。截止目前，大多数风机的变
桨控制采用的还是对称式，即在任何情况下由主控系统规划的三只叶片的目标位置(桨距
角)应完全相同，在任何时刻下由变桨系统驱动的三只叶片的实际位置(桨距角)应基本相
同(允许有轻微偏差)。

[0003] 一般情况下，风电机组三只叶片桨距角的调控是通过三台变桨驱动器分别驱动三台变桨电机来实现。为了尽量保证风机三只叶片实际位置的实时同步，一般在风机建造阶
段均会采用三台相同型号的变桨驱动器和变桨电机。在风机的后续运行阶段,有时会因故
障运维等现实原因不得不替换其中一台故障的变桨驱动器为其他型号，由于不同型号的驱
动器响应主控系统叶片位置指令的方式不尽相同，可能会导致替换完驱动器的这只叶片在
变桨过程中与其他两只叶片的位置不能保持实时同步，因此用于替换的变桨驱动器必须具
备一定的叶片位置同步调试功能。

[0004] 对于采用位置控制式的风电变桨系统来说，主控系统下发给变桨系统的运动控制指令有两个，一是目标位置，二是给定速度(最大允许速度)。叶片从当前位置前往目标位置
的过程中，在任意时刻下的实际速度不能超过主控系统的给定速度。基于这种控制模式，现
有技术方案是首先采集和计算叶片位置的偏差量△S，然后根据△S确定叶片速度(包括大
小和方向)，最终使叶片运动并收拢至目标位置，常见的应用方式是这种采用比例控制的位
置环控制，步骤简述如下：

[0005] 1.计算叶片当前位置S1与目标位置S2之间的偏差量△S＝S2‑S1；

[0006] 2.计算驱动器给定速度Vslave_cmd＝k×△S，k为比例系数；

[0007] 3.对Vslave_cmd的计算结果进行限幅处理，使其不超过主控给定速度，即限幅后应满足Vslave_cmd≤Vmaster_cmd。

[0008] 对于现有技术方案而言，叶片运动的方向是通过算式△S＝S2‑S1的计算结果来确定。假设叶片的当前位置(S1)＜目标位置(S2)，且当前位置尚未到达目标位置时，有△S＝
S2‑S1>0，此时叶片会朝着从当前位置到目标位置的方向运动。当控制出现超调导致叶片的
当前位置超过目标位置时，有△S＝S2‑S1<0，此时驱动器给定速度Vslave_cmd的计算结果反
向，因此叶片开始向回转并再次靠拢至目标位置。现有技术方案调节叶片位置同步的手段
主要是调节比例系数k，当叶片速度较快，叶片的当前实际位置总是超前于其他叶片位置时
可适当减小k值，反之可适当增大k值。

[0009] 现有技术方案的叶片位置同步调试过程仅有比例系数k可供调节，在控制叶片从当前位置到达指定位置的过程中，在有些情况下较难既确保快、稳、准的控制性能要求，又
兼顾与其他叶片位置的实时同步。

发明内容

[0010] 为了确保单只叶片控制性能的同时继续确保其与其他叶片位置的实时同步性，本发明提供一种风电机组位置控制、同步调试的方法及应用，采用变桨驱动器替换其他型号
的变桨驱动器时，在经过一系列的位置同步调试后，能在风机变桨过程中不仅能保持单只
叶片快、准、稳的控制性能要求，还能明显提升该叶片与其他叶片位置之间的实时同步性，
从而更好地满足位置对称式风电变桨系统的要求。

[0011] 为达到上述目的，本发明提供了一种风电机组叶片位置控制方法，包括：

[0012] 实时获取叶片的剩余行程△S、减速行程S′以及位置环行程S″；

[0013] 当|△S|＞S′且|△S|＞S″时，进入第一阶段，风电机组叶片驱动器的给定速度为风电机组主控模块给定速度；

[0014] 当|△S|≤S′且|△S|＞S″时，进入第二阶段，风电机组叶片驱动器的给定速度为Vslave＝Vi‑at，其中Vi为叶片进入第二阶段的初速度，a为叶片减速加速度，t为进入第二阶
段的时间；

[0015] 当0.01°≤|△S|≤S″时，进入第三阶段，风电机组叶片驱动器的给定速度为Vslave＝k×ΔS，其中k为位置环比例系数；

[0016] 当|△S|<0.01°时从第三阶段进入第四阶段，|△S|≥0.05°时退出第四阶段返回第三阶段；第四阶段风电机组叶片驱动器的给定速度为0°/s。

[0017] 进一步的，实时采集叶片当前位置S1以及距离目标位置S2，计算剩余行程△S，△S＝S2‑S1。

[0018] 进一步的，实时计算减速行程S′＝0.5*V2/a；其中V为进入第三阶段时的叶片速2 2
度；a的范围为0.0°/s–30.0°/s。

[0019] 进一步的，叶片进入第二阶段的初速度 |ΔS|初为进入第二阶段时的剩余行程。

[0020] 本发明第二方面提供一种风电机组叶片位置同步调试方法，包括：

[0021] 采用所述的风电机组叶片位置控制方法控制叶片位置；

[0022] 各个叶片的减速加速度a、第三阶段的位置环行程S″和第三阶段的位置比例系数k，能够调节使得各个叶片位置同步。

[0023] 进一步的，所述减速加速度a的大小与第二阶段的时长成反比；所述第三阶段的位置环行程S″与由第二阶段开始切换至第三阶段的时长成正比；所述第三阶段的位置比例系
数k与第三阶段的时长成反比，与超调量成正比；调节叶片减速加速度a、第三阶段的位置环
行程S″和第三阶段的位置比例系数k，使得三只叶片的位置偏差小于设定阈值；如果某叶片
第一阶段时长过长，则减小减速加速度a，如果某叶片第一阶段时长过短，则增大减速加速
度a；如果某叶片第二阶段时长超过其他叶片，则增大减速加速度a，如果某叶片第二阶段时
长短于其他叶片，则减小减速加速度a；如果某叶片第三阶段时长超过其他叶片，则增大位
置比例系数k，如果某叶片第三阶段时长短于其他叶片，则减小位置比例系数k。

[0024] 本发明第三方面提供一种风电机组叶片驱动器，包括获取单元，判断单元和计算单元；

[0025] 所述获取单元实时获取叶片的剩余行程△S、减速行程S′、位置环行程S″以及主控模块计算的给定速度；

[0026] 所述判断单元判断所处阶段，当|△S|＞S′且|△S|＞S″时，判断进入第一阶段；当|△S|≤S′且|△S|＞S″时，进入第二阶段；当0.01°≤|△S|≤S″时，进入第三阶段；当|△S|
<0.01°时从第三阶段进入第四阶段，|△S|≥0.05°时退出第四阶段返回第三阶段；

[0027] 所述计算单元计算所述风电机组叶片驱动器的给定速度；在第一阶段所述风电机组叶片驱动器的给定速度为所述主控模块计算的给定速度；在第二阶段，所述风电机组叶
片驱动器的给定速度为Vslave＝Vi‑at，其中Vi为叶片进入第二阶段的初速度，a为叶片减速
加速度，t为进入第二阶段的时间；在第三阶段，所述风电机组叶片驱动器的给定速度为
Vslave＝k×ΔS，其中k为位置环比例系数；在第四阶段所述风电机组叶片驱动器的给定速度
为0°/s。

[0028] 进一步的，还包括检测单元，检测叶片当前位置S1、距离目标位置S2，叶片的实时速度；所述获取单元实时计算剩余行程△S＝S2‑S1，基于叶片的实时速度计算叶片的加速
度。

[0029] 进一步的，各个叶片的减速加速度a、第三阶段的位置环行程S″和第三阶段的位置比例系数k，能够调节使得各个叶片位置同步。

[0030] 本发明第四方面提供一种风电机组，包括所述的风电机组叶片驱动器、主控模块以及叶片；

[0031] 所述主控模块计算叶片驱动器驱动叶片的给定速度；

[0032] 所述叶片按照所述风电机组叶片驱动器输出的给定速度运行。

[0033] 本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

[0034] (1)本发明提出的同步调试方法可通过调节减速行程的减速度a，位置环行程(消差行程)的比例系数k和位移量S″来调节被控叶片位置和其他两只叶片位置之间的实时同
步，这3个参数可以影响到每个控制阶段(P1、P2、P3、P4)的叶片速度规划过程，可在显著提
高叶片位置控制性能的同时有效保证叶片位置之间的实时同步性。

[0035] (2)本发明位置环行程(阶段3)仅用于消除减速行程(阶段2)产生的控制误差，不过多参与变桨过程，减小了位置环的作用范围和作用强度，弱化了比例系数k的选取对全局
的不利影响。

附图说明

[0036] 图1是行程变化示意图；

[0037] 图2风电机组叶片位置控制流程示意图；

[0038] 图3叶片位置调试流程示意图。

具体实施方式

[0039] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发
明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本
发明的概念。

[0040] 在风电机组的运维过程中，当变桨驱动器因故障或其他原因而必须替换时，有时会因调整供应链或因降低运维成本等各种现实原因不得不更换变桨驱动器型号。由于不同
型号的变桨驱动器控制叶片位置的具体方式存在差异，可能会导致已替换完变桨驱动器的
叶片在变桨过程中与其他叶片的实际位置不能保持实时同步。本发明的目的是设计一种叶
片位置控制、同步调试的方法，当采用这种方法的变桨驱动器替换其他型号的变桨驱动器
时，在经过一系列的位置同步调试后，能在风机变桨过程中不仅能保持单只叶片快、准、稳
的控制性能要求，还能明显提升该叶片与其他叶片位置之间的实时同步性，从而更好地满
足位置对称式风电变桨系统的要求。

[0041] 按照叶片当前位置距离目标位置的剩余行程，将叶片位置控制过程划分为以下4个阶段：

[0042] 变桨行程(P1)：当叶片当前位置S1远离目标位置S2时，驱动器速度指令Vslave_cmd按照主控速度指令Vmaster_cmd执行，即Vslave_cmd＝Vmaster_cmd；(阶段1)

[0043] 减速行程(P2)：当叶片当前位置S1接近目标位置S2时，驱动器开始按照预设的减速度控制叶片减速，其控制目标是当叶片减速至0°/s时，叶片实际位置正好走到目标位置
(开环控制，实际能否真正走到目标位置不考虑)。由于变桨电机的实际转速总是滞后于指
令转速且存在超调和偏差，因此该控制目标较难精确实现。(阶段2)

[0044] 消差行程(P3)：由于减速行程存在较大偏差，因此当叶片当前位置S1已经十分逼近目标位置S2时，将交由位置环(闭环控制)来消除剩余的位置偏差量△S，使叶片最终精确
收拢至目标位置。这里所说的位置环其实现步骤与第二章现有技术方案中提出的位置环的
实现步骤基本相同；(阶段3)

[0045] 停止行程(P4)：叶片当前位置S1已经到达目标位置S2，此时驱动器将停止对目标位置的跟踪，驱动器速度指令Vslave_cmd保持为0°/s。(阶段4)

[0046] 下面对本发明的技术方案进行详细说明，本发明一方面提供一种风电机组叶片位置控制方法，结合图2，包括：

[0047] (1)实时获取叶片的剩余行程△S、减速行程S′以及位置环行程S″；

[0048] 驱动器在控制叶片位置前，首先会实时更新下列几个参数：

[0049] 一是实时更新剩余行程△S，△S是叶片当前位置S1(角度)距离目标位置S2(角度)的偏差量，即:

[0050] △S＝S2‑S1

[0051] 二是实时更新减速行程S′，S′是叶片以主控速度指令Vmaster_cmd作为初速度，通过变桨系统的减速控制(减速度为a)，最终减速至0°/s时产生的叶片行程，计算式为:

[0052] S′＝0.5*V2/a   (式1)

[0053] 式1中，变量V是主控速度指令Vmaster_cmd，变量a是叶片减速度(专用于叶片位置控2 2
制中的减速行程，设置范围0.0°/s–30.0°/s)。

[0054] 三是实时更新叶片位置同步调试参数，包括位置环行程S″、位置环比例系数k、减速行程减速度a这三个参数，这些参数可随时通过变桨驱动器的在线调试工具修改。工程技
术人员根据采集到的数据生成叶片位置曲线，进行人工调试。

[0055] 三只叶片位置如果不同步，偏差比较大，有可能造成风机轮毂无法匀速转动，或者风机震荡加强等异常现象。对于采用位置对称式的风电变桨系统来说，同步要求指的是在
任意时刻下(运动状态、静止状态)，三只叶片之间的位置(角度)偏差不能超过某个设定误
差，这个设定误差的大小因厂家而异。

[0056] 调节叶片减速加速度a、第三阶段的位置环行程S″和第三阶段的位置比例系数k，使得三只叶片的位置偏差小于设定阈值；如果某叶片第一阶段时长过长，则减小减速加速
度a，如果某叶片第一阶段时长过短，则增大减速加速度a；如果某叶片第二阶段时长超过其
他叶片，则增大减速加速度a，如果某叶片第二阶段时长短于其他叶片，则减小减速加速度
a；如果某叶片第三阶段时长超过其他叶片，则增大位置比例系数k，如果某叶片第三阶段时
长短于其他叶片，则减小位置比例系数k；第四阶段不调整。通过三个参数的调整能够满足
同步调试需求。

[0057] (2)根据根据叶片的剩余行程△S、减速行程S′以及位置环行程S″这三个行程参数，来决定进入位置控制进程中的哪个控制阶段，具体为：

[0058] 阶段1：变桨行程(|△S|＞S′且|△S|＞S″)

[0059] 当|△S|＞S′(同时|△S|＞S″)时，位置控制进程进入阶段1——变桨行程，此时驱动器给定速度按照主控给定速度执行，即：

[0060] Vslave_cmd＝Vmaster_cmd

[0061] 阶段2：减速行程(|△S|≤S′且|△S|＞S″)

[0062] 当|△S|≤S′(同时|△S|＞S″)时，位置控制进程进入阶段2——减速行程。首先规划叶片初速度Vi，然后从初速度Vi开始按照减加速度a的设定值减速，当叶片走到距离目标
位置还剩S″的位移量时跳出减速行程。Vi的计算式如下：

[0063] Vi＝sqrt(2×a×|△S|初)   (式2)

[0064] 驱动器给定速度计算式如下

[0065] Vslave_cmd＝Vi–a×t   (式3)

[0066] 式2中的运算符sqrt()表示开方运算。当阶段2中|△S|的初始值|△S|初＝减速行程S′时，通过式2可计算出Vslave_cmd_initial＝Vmaster_cmd。

[0067] 主控下发新的目标位置后，如果叶片当前的剩余行程在(SS′，S″]范围内，则跳过正常变桨行程，直接进入减速行程。

[0068] 阶段3：消差行程(0.05°≤|△S|≤S″)

[0069] 消差行程也可称为位置环行程，驱动器借助位置环(比例控制)使叶片最终收拢至目标位置，此时的驱动器给定速度指令如下：

[0070] Vslave_cmd＝k×△S

[0071] 上式中的比例系数k通过串口调试工具设置，当控制出现超调导致当前位置S1超过目标位置S2时，△S的计算结果反向，Vslave_cmd计算结果随之反向，此时叶片开始回转并再
次靠拢至目标位置。但如果超调量偏大(超过S″)，此时控制进程将会依次退回至阶段2或阶
段1，且此时的叶片运动方向也会同样由程序进行取反处理，最终均能收拢至目标位置。当
叶片当前位置S1保持在目标位置S2处(|△S|<0.01°)时，控制进程从阶段3跳出，进入阶段4
(停止阶段)；

[0072] 主控下发新的目标位置后，如果叶片当前的剩余行程在[0.05°，S″)范围内，则跳过正常变桨行程和减速行程，直接进入位置环行程。

[0073] 阶段4：停止行程(|△S|<0.01°时进入，|△S|≥0.05°时退出)进入阶段4后，驱动器给定的变桨速度保持为0°/s，即有：

[0074] Vslave_cmd＝0°/s

[0075] 直至再次出现|△S|≥0.05°为止，此时将从阶段4再次跳回到阶段3，因此停止行程的范围为(‑0.01°，0.05°)或(‑0.05°，0.01°)，如图1所示。

[0076] 主控下发新的目标位置后，如果叶片当前的剩余行程小于0.05°，则驱动器不对叶片位置进行调控，控制进程继续维持在阶段4中。

[0077] 本发明第二方面提供一种风电机组叶片位置同步调试方法，在驱动器更换或初始使用时，对驱动器进行同步调试，如图3所示，步骤包括：

[0078] 判断各个叶片是否同步，如果不同步则，调节各个叶片的减速加速度a、第三阶段的位置环行程S″和第三阶段的位置比例系数k，能够调节使得各个叶片位置同步；如果同步
则完成同步调试；

[0079] 实时获取叶片的剩余行程△S、减速行程S′以及位置环行程S″；

[0080] 同步调试要在叶片驱动的基础上，叶片驱动包括：根据根据叶片的剩余行程△S、减速行程S′以及位置环行程S″这三个行程参数，来决定进入位置控制进程中的哪个控制阶
段。进入位置控制进程中的哪个控制阶段具体为：

[0081] 当|△S|＞S′且|△S|＞S″时，进入第一阶段，风电机组叶片驱动器的给定速度为风电机组主控模块给定速度；

[0082] 当|△S|≤S′且|△S|＞S″时，进入第二阶段，风电机组叶片驱动器的给定速度为Vslave＝Vi‑at，其中Vi为叶片进入第二阶段的初速度，a为叶片减速加速度，t为进入第二阶
段的时间；

[0083] 当0.01°≤|△S|≤S″时，进入第三阶段，风电机组叶片驱动器的给定速度为Vslave＝k×ΔS，其中k为位置环比例系数；

[0084] 当|△S|<0.01°时从第三阶段进入第四阶段，|△S|≥0.05°时退出第四阶段返回第三阶段；第四阶段风电机组叶片驱动器的给定速度为0°/s。

[0085] 本发明提出的叶片位置同步调试方案，主要是通过调节减速行程的减速加减加速度a，位置环行程(消差行程)的位置比例系数k和位置环行程的位移量S″这3个参数实现，调
节这3个参数达到的效果包括：

[0086] 调节减速行程的减速加速度a：

[0087] 当上述设定值越小时，叶片在减速行程(P2)中表现出的减速过程越慢，减速行程花费的时间也越长。此外，当上述设定值越小则由变桨行程(P1)切换至减速行程(P2)的切
换时刻越提前，变桨行程(P1)的路程越短，减速行程(P2)的路程越长。如果设定值足够小，
则控制进程会直接跳过变桨行程(P1)，直接进入减速行程(P2)。

[0088] 调节位置环行程S″：

[0089] 当上述设定值越大时，叶片在位置环行程(P3)中的位移量越长，由减速行程(P2)切换至位置环行程(P3)的切换时刻越提前。当上述设定值足够大，控制进程在跳出变桨行
程(P1)后直接进入位置环行程(P3)。

[0090] 调节位置环行程的位置比例系数k：

[0091] 在叶片的位置环行程(P3)中，如果叶片速度较快，叶片的当前实际位置总是超前于其他叶片位置时可适当减小k值，反之可适当增大k值。当比例系数K的设定值越大时，位
置环行程的执行时间越短，消差过程越快，但产生的超调量也越大。

[0092] 值得注意的是，为了防止因△S计算结果的微小波动导致控制进程在阶段3和阶段4之间来回跳转，本发明对阶段4的进入条件和进出条件采用了滞环处理。即当|△S|＜
0.01°时控制进程进入阶段4，只有当|△S|≥0.05°时控制进程才从阶段4退出并重新返回
至阶段3。此处为了简化流程图的绘制，在流程图中对该条件进行了简化处理，即当0.01°≤
|△S|≤S″时控制进程进入阶段3，否则(|△S|<0.01°)控制进程进入阶段4。

[0093] 本发明第三方面提供一种风电机组叶片驱动器，包括检测单元，获取单元，判断单元和计算单元；

[0094] 所述检测单元，检测叶片当前位置S1、距离目标位置S2，叶片的实时速度；

[0095] 所述获取单元实时获取减速行程S′、位置环行程S″以及主控模块计算的给定速度；实时计算剩余行程△S＝S2‑S1，基于叶片的实时速度计算叶片的加速度。

[0096] 所述判断单元判断所处阶段，当|△S|＞S′且|△S|＞S″时，判断进入第一阶段；当|△S|≤S′且|△S|＞S″时，进入第二阶段；当0.01°≤|△S|≤S″时，进入第三阶段；当|△S|
<0.01°时从第三阶段进入第四阶段，|△S|≥0.05°时退出第四阶段返回第三阶段；

[0097] 所述计算单元计算所述风电机组叶片驱动器的给定速度；在第一阶段所述风电机组叶片驱动器的给定速度为所述主控模块计算的给定速度；在第二阶段，所述风电机组叶
片驱动器的给定速度为Vslave＝Vi‑at，其中Vi为叶片进入第二阶段的初速度，a为叶片减速
加速度，t为进入第二阶段的时间；在第三阶段，所述风电机组叶片驱动器的给定速度为
Vslave＝k×ΔS，其中k为位置环比例系数；在第四阶段所述风电机组叶片驱动器的给定速度
为0°/s。

[0098] 提供三个可调节参数：各个叶片的减速加速度a、第三阶段的位置环行程S″和第三阶段的位置比例系数k。在初始使用或更换驱动器后，调节三个参数能够调节使得各个叶片
位置同步。

[0099] 本发明第四方面提供一种风电机组，所述的风电机组叶片驱动器、主控模块以及叶片；

[0100] 所述主控模块计算叶片驱动器驱动叶片的给定速度；

[0101] 所述的风电机组叶片驱动器实时获取叶片的剩余行程△S、减速行程S′、位置环行程S″以及主控模块计算的给定速度；利用上述的叶片位置控制方法控制叶片位置；

[0102] 所述叶片按照所述风电机组叶片驱动器输出的给定速度运行。

[0103] 该风电机组利用上述的叶片位置控制方法控制叶片位置。提供三个可调节参数：各个叶片的减速加速度a、第三阶段的位置环行程S″和第三阶段的位置比例系数k。在初始
使用或更换驱动器后，调节三个参数能够调节使得各个叶片位置同步。

[0104] 综上所述，本发明涉及一种风电机组位置控制、同步调试的方法及应用，将风机叶片的位置控制过程划分为变桨行程、减速行程、消差行程和停止行程这四个阶段，每个阶段
对驱动器的速度指令都有其各自的规划方式，现有技术方案所使用的比例控制主要应用在
本发明提出的消差行程中。在风机叶片的位置同步调试方面，现有的技术方案仅有比例系
数k可供调节，在叶片变桨过程中往往无法在控制性能和同步性能之间做出较好地权衡。而
本发明提出的技术方案，各个叶片的减速加速度a、第三阶段的位置环行程S″和第三阶段的
位置比例系数k这3个参数可供调试。可在显著提高叶片位置控制性能的同时有效保证叶片
位置之间的实时同步性。

[0105] 应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨
在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修
改例。