用于控制风力发电机同步收桨的方法、装置和设备

摘要

提供了一种用于控制风力发电机同步收桨的方法、装置和设备。其中，风力发电机包括三个叶片和三个变桨控制器，每个变桨控制器分别用于控制所述三个叶片中的一个叶片，所述方法包括：响应于收桨指令，各所述变桨控制器分别采集各自对应叶片的桨距角，并将采集到的桨距角发送到主控控制器；各所述变桨控制器分别接收主控控制器发来的所述三个叶片的桨距角；各所述变桨控制器分别基于接收到的所述三个叶片的桨距角，确定基于第一模式还是第二模式执行收桨，其中，第一模式是指以基于所述三个叶片的桨距角中的最大值和最小值之间的角度差值计算的角度调节速度执行收桨，第二模式是指以自主收桨速度执行收桨。

权利要求

1.一种用于控制风力发电机同步收桨的方法，其特征在于，风力发电机包括三个叶片和三个变桨控制器，每个变桨控制器分别用于控制所述三个叶片中的一个叶片，所述方法包括：响应于收桨指令，各所述变桨控制器分别采集各自对应叶片的桨距角，并将采集到的桨距角发送到主控控制器；

各所述变桨控制器分别接收主控控制器发来的所述三个叶片的桨距角；

各所述变桨控制器分别基于接收到的所述三个叶片的桨距角，确定基于第一模式还是第二模式执行收桨，其中，第一模式是指以基于所述三个叶片的桨距角中的最大值和最小值之间的角度差值计算的角度调节速度执行收桨，第二模式是指以自主收桨速度执行收桨。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，各所述变桨控制器分别基于接收到的所述三个叶片的桨距角，确定基于第一模式还是第二模式执行收桨的步骤包括：各所述变桨控制器分别基于接收到的三个所述叶片的桨距角，确定各自对应叶片的桨距角是否为三个所述叶片的桨距角中的最小值；

由第一变桨控制器确定基于第一模式执行收桨；

由第二变桨控制器和第三变桨控制器确定基于第二模式执行收桨，其中，第一变桨控制器是三个所述变桨控制器中对应叶片的桨距角为最小值的变桨控制器，第二变桨控制器和第三变桨控制器是三个所述变桨控制器中对应叶片的桨距角不是最小值的两个变桨控制器。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：由第一变桨控制器基于第一模式控制执行收桨，其中，由第一变桨控制器基于第一模式控制执行收桨的步骤包括：按照预定时间间隔执行以下操作：

从主控控制器接收所述三个叶片的实时桨距角，其中，所述三个叶片的实时桨距角是由三个所述变桨控制器分别按照所述预定时间间隔采集并发送给主控控制器的；

通过基于三个所述叶片的实时桨距角中的最小值和最大值之间的角度差值执行PID控制，计算角度调节速度；

将计算出的角度调节速度发送到相应的变桨驱动器。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，PID控制中的积分系数被设置为0。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，计算角度调节速度的步骤包括：通过将所述最小值作为实际值且将所述最大值作为目标值，执行PID运算，以得到角度调节速度的偏差值；

将所述偏差值与自主收桨速度的值相加得到角度调节速度的值。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，由第一变桨控制器基于第一模式控制执行收桨的步骤还包括：在相应的变桨驱动器基于角度调节速度对第一变桨控制器对应的叶片进行调节之后，当第一变桨控制器对应的叶片的实时桨距角与所述最大值之间的角度差值小于预定阈值时，第一变桨控制器停止基于第一模式控制执行收桨，并开始基于第二模式控制执行收桨。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：由第一变桨控制器基于第一模式控制执行收桨，其中，由第一变桨控制器基于第一模式控制执行收桨的步骤包括：设置所述角度差值被调节为0的预定时间；

基于所述预定时间和所述角度差值，计算角度调节速度；

将计算出的角度调节速度发送到相应的变桨驱动器。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，计算角度调节速度的步骤包括：根据以下公式计算角度调节速度：

v1＝v0+(b‑a)/t；

其中，v1表示角度调节速度，v0表示自主收桨速度，a表示所述最小值，b表示所述最小值。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，由第一变桨控制器基于第一模式控制执行收桨的步骤还包括：当相应的变桨驱动器基于所述角度调节速度对第一变桨控制器对应的叶片进行调节达到所述预定时间时，第一变桨控制器停止基于第一模式控制执行收桨，并开始基于第二模式控制执行收桨。

10.一种用于控制风力发电机同步收桨的装置，其特征在于，风力发电机包括三个叶片和三个变桨控制器，其中，每个变桨控制器分别用于控制所述三个叶片中的一个叶片，所述装置包括：各所述变桨控制器，其中，每个变桨控制器包括：采集模块、发送模块、接收模块和收桨模式确定模块，其中，各所述变桨控制器响应于收桨指令执行以下操作：通过采集模块分别采集各自对应叶片的桨距角；

通过发送模块分别将采集到的桨距角发送到主控控制器；

通过接收模块分别接收主控控制器发来的所述三个叶片的桨距角；

通过收桨模式确定模块分别基于接收到的所述三个叶片的桨距角，确定基于第一模式还是第二模式执行收桨，其中，第一模式是指以基于所述三个叶片的桨距角中的最大值和最小值之间的角度差值计算的角度调节速度执行收桨，第二模式是指以自主收桨速度执行收桨。

11.一种用于控制风力发电机同步收桨的设备，其特征在于，所述设备包括：处理器；

存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1‑9中的任意一项所述的控制风力发电机同步收桨的方法。

12.一种存储指令的计算机可读存储介质，其中，当所述指令被至少一个计算装置运行时，促使所述至少一个计算装置执行如权利要求1到9中的任一权利要求所述的用于控制风力发电机同步收桨的方法。

说明书

用于控制风力发电机同步收桨的方法、装置和设备

技术领域

[0001] 本发明涉及风电技术领域，更具体地说，涉及一种用于控制风力发电机的叶片同步收桨的方法、装置和设备。

背景技术

[0002] 在风力发电机设计中必须确定风力发电机所处的环境和各种运行条件下所产生的各种载荷，其目的是对风力发电机零部件进行强度分析、动力学分析以及寿命计算，确保风力机在其设计的寿命期内能够正常运行，该项工作是风力发电机设计中最基础性工作，所有的后续工作都是以载荷计算为基础的，也是风力发电机控制策略的重要研究课题。

[0003] 风力发电机的载荷是风、空气动力学、波浪、结构动力学、传动系统、控制系统等复杂作用的结果，随着机组容量、塔架高度、叶片长度的不断增大，风力发电机受到的载荷冲击也随之增大，这给风力发电机的安全性和塔筒强度及生产成本带来新的巨大挑战，因此风力发电机的载荷控制显得越来越重要。此外，风力发电机的叶片翼型经常运行在失速或叶片不平衡的状态下，很可能产生结构共振、载荷不规则、高周疲劳等现象，这些都影响风力发电机组的载荷。此外，风力发电机组载荷过大，会使风力发电机组长期工作于偏劳状态，降低风力发电机的使用寿命。此外，风力发电机组在收桨过程中产生偏心振动也会使风力发电机损坏，降低风力发电机的使用寿命。

[0004] 风力发电机的变桨系统的每个叶片均为独立的控制柜控制。图1是示出独立变桨运行时的角度曲线的示意图，其中，横坐标表示时间，纵坐标表示叶片桨距角角度值。如图1所示，三个叶片(轴1、轴2和轴3)的角度值呈正弦规律变化。当触发停机或变桨系统发生故障、自主收桨时，三个叶片的角度值会始终存在偏差，甚至会由于各个叶片速度执行的偏差而使差值进一步加大。叶片的偏差、不同步，会增加风力发电机停机过程中的载荷。尤其是当变桨系统某一轴柜发生故障时，容易导致首先触发故障的变桨柜收桨时间较早，而其余叶片收桨时间较晚，而现有控制中，收桨时的控制方法是恒定值，由此会产生一定的角度差。尤其对于独立变桨，由于额定转速时三叶片的正常角度差值约为6度，在触发故障时会进一步增大角度偏差，从而导致风力发电机的载荷更高。例如，图2是示出独立变桨停机收桨时三叶片的角度曲线的示意图，其中，横坐标表示时间，纵坐标表示叶片桨距角角度值。如图2所示，在0时刻之后，三个叶片的角度值始终存在较大的偏差，轴3曲线的数值明显小于轴1、轴2曲线的角度值，且偏差值约为10度。

[0005] 此外，偏心振动的激振力公式为：F＝meω2，对于风力发电机而言，F可以等效为对风力发电机产生的振动力，ω是叶轮转动的角速度；m是叶轮旋转的等效质量。由于其所受的旋转力主要来自于叶片所受的风力大小，所以三叶片不平衡导致会导致风力发电机振动值增大，且振动值三叶片的角度差成正比，与叶轮旋转的角速度的平方成正比。例如，图3是示出独立变桨停机收桨时的振动值的示意图，其中，横坐标表示时间，纵坐标表示振动值。如图3所示，从0时刻开始，风力发电机的振动值明显变大。根据上述公式，如果机组的最大转速值升高，其振动值会进一步增大。

[0006] 因此，在变桨系统收桨时需要对三个叶片的桨距角的角度值进行同步控制。现在控制方法包括：(1)通过主控的调节，对角度较小的叶片，适量增大收桨速度；对角度较大的叶片，执行正常的收桨速度。该方法的不足在于：一方面只适用于主控可以控制变桨系统收桨、即变桨系统无故障时的情况，不适用于变桨系统触发故障、自主收桨时的工况；另一方面，这种方法一般是使用三个叶片角度的平均值作为参考角度，因此在进行速度调节时，会使调节时间有一定的延长。(2)收桨等待，即，等待叶片角度较小的叶片收桨到与叶片角度较大叶片的角度值相同。该方法的不足在于：变桨系统收桨的主要目的是实现气动刹车，通过增大桨距角减少叶片所吸收的风力，从而使风力发电机转速下降、并停机，然而，收桨等待，会使风力发电机转速下降较慢，对风力发电机组有一定的安全隐患。此外，如果角度较小的叶片发生卡桨，会导致等待时间进一步延长，影响机组安全。(3)通过设置收桨延时时间进行角度等待。这种方法的不足在于：由于每次角度的差值大小并不确定，因此在设定好的时间内，角度差值不一定能调整到合理的范围，且这种方式的收桨等待，也会使风力发电机转速下降较慢，对风力发电机组有一定的安全隐患。

发明内容

[0007] 本发明的示例性实施例旨在克服上述缺点，并提供以下优点。

[0008] 根据本发明的一方面，提供一种用于控制风力发电机同步收桨的方法，其特征在于，风力发电机包括三个叶片和三个变桨控制器，每个变桨控制器分别用于控制所述三个叶片中的一个叶片，所述方法包括：响应于收桨指令，各所述变桨控制器分别采集各自对应叶片的桨距角，并将采集到的桨距角发送到主控控制器；各所述变桨控制器分别接收主控控制器发来的所述三个叶片的桨距角；各所述变桨控制器分别基于接收到的所述三个叶片的桨距角，确定基于第一模式还是第二模式执行收桨，其中，第一模式是指以基于所述三个叶片的桨距角中的最大值和最小值之间的角度差值计算的角度调节速度执行收桨，第二模式是指以自主收桨速度执行收桨。

[0009] 根据本发明的另一方面，提供一种用于控制风力发电机同步收桨的装置，风力发电机包括三个叶片和三个变桨控制器，其中，每个变桨控制器分别用于控制所述三个叶片中的一个叶片，所述装置包括：各所述变桨控制器，其中，每个变桨控制器包括：采集模块、发送模块、接收模块和收桨模式确定模块，其中，各所述变桨控制器响应于收桨指令执行以下操作：通过采集模块分别采集各自对应叶片的桨距角；通过发送模块分别将采集到的桨距角发送到主控控制器；通过接收模块分别接收主控控制器发来的所述三个叶片的桨距角；通过收桨模式确定模块分别基于接收到的所述三个叶片的桨距角，确定基于第一模式还是第二模式执行收桨，其中，第一模式是指以基于所述三个叶片的桨距角中的最大值和最小值之间的角度差值计算的角度调节速度执行收桨，第二模式是指以自主收桨速度执行收桨。

[0010] 根据本发明的另一方面，提供一种用于控制风力发电机同步收桨的设备，所述设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现根据本发明的用于控制风力发电机同步收桨的方法。

[0011] 根据本发明的另一方面，提供一种存储指令的计算机可读存储介质，其中，当所述指令被至少一个计算装置运行时，促使所述至少一个计算装置执行根据本发明的用于控制风力发电机同步收桨的方法。

[0012] 根据本发明的用于控制风力发电机同步收桨的方法、装置和设备，可利用变桨系统自主收桨时的收桨速度指令的固定性，基于三个叶片的桨距角中的最大值和最小值之间的角度差值对角度值最小的叶片执行特定角度调节控制，实现变桨系统自主收桨时的变桨速度调节，以实现三叶片变桨速度一致，减小停机收桨过程中的载荷。

[0013] 本发明的用于控制风力发电机同步收桨的方法、装置和设备，与传统的控制方法相比，在停机过程中，三个叶片进行同步收桨，角度大的叶片不需要先停止等待角度小的叶片达到一致的角度，所以更利于风力发电机组的安全。

[0014] 根据本发明的用于控制风力发电机同步收桨的方法、装置和设备，提出PID控制(或者PD控制)对角度值最小的叶片角度进行自动调节。在自动调节的过程中，变桨控制器不需要对另外两个叶片的角度的跳变情况进行检测，此过程在PD控制器的调节过程中可以实现自匹配与自适应。此外，其优点在于，不会由于角度值的突变，而导致三个轴柜的角度平均值的突变，也不会产生由于角度平均值的突变，导致目标速度的突变或调节功能的失效。例如，角度小的数值发生跳变，三个叶片的角度差值会变小，PID(或者PD)控制器的输出会变小，如果角度大的数值发生跳变，由于PID(或者PD)控制器有限幅，且对另两个叶片的角度值进行比较，所以也不会使三个叶片的速度差值过大。此外，由于加入了PID(或者PD)控制器，所以可执行快速调节，且参数易于优化(例如，只需要调节比例参数Kp的值)。

附图说明

[0015] 从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其他方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

[0016] 图1是示出独立变桨运行时的角度曲线的示意图。

[0017] 图2是示出独立变桨停机收桨时三叶片的角度曲线的示意图。

[0018] 图3是示出独立变桨停机收桨时的振动值的示意图。

[0019] 图4是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制风力发电机同步收桨的方法流程图。

[0020] 图5是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制风力发电机同步收桨的装置的框图。

[0021] 图6是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制风力发电机同步收桨的仿真图。

[0022] 图7是根据本公开实施例提供的用于控制风力发电机同步收桨的设备的示意图。

具体实施方式

[0023] 为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明的示例性实施例作进一步详细说明。

[0024] 风力发电机包括三个叶片，每个叶片均为独立的控制柜控制。也就是说，风力发电机也包括三个控制柜，每个控制柜包括一个变桨控制器，三个变桨控制器与三个叶片一一对应，每个变桨控制器分别用于控制所述三个叶片中的一个叶片。因此，每个叶片对应的变桨控制器仅采集相应的叶片的桨距角以控制相应的叶片，而无法采集其它叶片的桨距角。因此，本发明为实现变桨系统叶片同步收桨控制，降低停机过程中的机组振动和载荷，提出了一种基于主控反馈的用于控制风力发电机的叶片同步收桨的方法和装置。其利用主控反馈向三个变桨控制器发送三个叶片的桨距角，使得每个变桨控制器都可获得三个叶片的桨距角的角度值，并可基于三个叶片的角度差值来实现变桨系统的同步收桨控制。下面将参照图4至图7详细地描述根据本发明的示例性实施例的用于控制风力发电机同步收桨的方法、装置和设备。

[0025] 首先，下面对本文中使用的技术术语进行解释。

[0026] 收桨，是指在风力发电机出现故障后，把风力发电机的桨叶转到与风的方向接近平行状态(也称安全位置，在具体角度上，是指桨叶的89度左右的位置)的控制过程。

[0027] 载荷(Loads)，由于直接作用或者间接作用于结构上，在结构内部产生内力(如轴力，弯矩，剪力，扭矩等)和变形(如转角，裂缝)，被称作为“结构效应”，也就是我们说的作用。当作用为直接作用时，其效应也称之为“荷载效应”，也即是所说的荷载。对风力发电机而言，主要指机组运转时的水平载荷、轴向载荷、风载荷等。

[0028] PID控制(proportion‑integral‑derivative control)，当今的闭环自动控制技术都是基于反馈的概念以减少不确定性。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关键的是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制。

[0029] 振动(Vibration)，物体的全部或一部分沿直线或曲线往返颤动。本发明中是指风力发电机组的振动。

[0030] 加速度(Acceleration)，速度变化量与发生这一变化所用时间的比值Δv/Δt，是描述物体速度变化快慢的物理量。

[0031] 激振力(exciting force)，指由回转的不平衡质量作为振动系统的振动源产生的周期性简谐振动称为激振力。此不平衡质量为振动偏振子。

[0032] 图4是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制风力发电机同步收桨的方法流程图。

[0033] 参照图4，在步骤401，响应于收桨指令，各变桨控制器(例如，第一变桨控制器、第二变桨控制器和第三变桨控制器)可分别采集各自对应叶片(例如，第一叶片、第二叶片和第三叶片)的桨距角(也即，桨距角角度值)。例如，各所述变桨控制器可通过编码器测得各自对应叶片的桨距角。

[0034] 在步骤402，各变桨控制器可分别将各自采集到的桨距角发送到主控控制器。例如，变桨控制器可通过有线通信或无线通信发送采集到的桨距角的角度值信息。当主控控制器从各变桨控制器接收到各自采集到的桨距角，即，接收到三个叶片的桨距角之后，可将三个叶片的桨距角发送到各变桨控制器。

[0035] 在步骤403，各变桨控制器可分别接收主控控制器发来的三个叶片的桨距角。因此，每个变桨控制器除了可获得自己采集的对应叶片的桨距角之外，还可获得另外两个叶片的桨距角。

[0036] 在步骤404，各变桨控制器可分别基于接收到的三个叶片的桨距角，确定基于第一模式还是第二模式执行收桨。这里，第一模式是指以基于三个叶片的桨距角中的最大值和最小值之间的角度差值计算的角度调节速度执行收桨。第二模式是指以自主收桨速度(即，自主顺桨速度)执行收桨。

[0037] 具体地说，各变桨控制器可分别基于接收到的三个叶片的桨距角，确定各自对应叶片的桨距角是否为三个叶片的桨距角中的最小值。当叶片的桨距角在三个叶片的桨距角中为最小值，说明自身角度偏小，因此，三个叶片中桨距角最小的叶片需要进行特定角度调节控制，即，基于第一模式被控制收桨。而另外两个叶片可以以自主收桨速度执行收桨，即，基于第二模式被控制收桨。假设第一变桨控制器是三个叶片中桨距角最小的叶片所对应的变桨控制器，第二变桨控制器和第三变桨控制器是另外两个叶片所对应的两个变桨控制器，则第一变桨控制器可确定基于第一模式执行收桨，第二变桨控制器和第三变桨控制器确定基于第二模式执行收桨。当然，上述仅是示例，还存在第二变桨控制器或第三变桨控制器对应的叶片的桨距角最小并基于第一模式执行收桨的情况。

[0038] 根据本发明的示例性实施例，各变桨控制器可分别将另外两叶片的桨距角与自身对应叶片的桨距角进行比较，确定自身对应叶片的桨距角是否为三个叶片的桨距角中的最小值。确定自身对应叶片的桨距角为最小值的变桨控制器(例如，第一变桨控制器)确定自身对应叶片基于第一模式执行收桨。

[0039] 根据本发明的另一示例性实施例，各变桨控制器可分别对接收到的三个叶片的桨距角进行比较，确定接收到的三个叶片的桨距角之中的最小桨距角，将确定的最小桨距角与自身对应叶片的桨距角进行比较，自身对应叶片的桨距角与确定的最小桨距角一致的变桨控制器(例如，第一变桨控制器)确定自身对应叶片基于第一模式执行收桨。该方法的优点在于：如果某一轴编码器发生跳变，各变桨控制器接收到的主控控制器发送的数据为0值，三个轴检测到与自身所测的角度不一致，则不基于第一模式执行收桨，避免错误控制。

[0040] 下面，假设第一变桨控制器为自身对应叶片的桨距角最小的变桨控制器，并详细介绍由第一变桨控制器基于第一模式控制执行收桨的方法，即，由第一变桨控制器基于三个叶片的桨距角中的最大值和最小值之间的角度差值计算的角度调节速度控制执行收桨的方法。而第二变桨控制器和第三变桨控制器基于第二模式控制执行收桨。因此，第一变桨控制器对应的第一变桨驱动器(即，收桨执行机构)基于第一模式执行收桨，第二变桨控制器对应的第二变桨驱动器和第三变桨控制器对应的第三变桨驱动器基于第二模式执行收桨。

[0041] PID控制

[0042] 根据本发明的示例性实施例，第一变桨控制器可启动PID控制。具体控制方法为：按照预定时间间隔(例如，20ms)执行以下操作：从主控控制器接收所述三个叶片的实时桨距角，其中，所述三个叶片的实时桨距角是由各变桨控制器分别按照预定时间间隔采集并发送给主控控制器的；通过基于三个叶片的实时桨距角中的最小值和最大值之间的角度差值执行PID控制，计算角度调节速度；将计算出的角度调节速度发送到相应的变桨驱动器。

[0043] 具体地说，第一变桨控制器可通过将三个叶片的实时桨距角中的最小值作为实际值且将三个叶片的实时桨距角中的最大值作为目标值，执行PID运算，以得到角度调节速度的偏差值；将得到的偏差值与自主收桨速度的值相加得到角度调节速度的值。这里，变桨系统内部的自主收桨速度是变桨程序内部设置的收桨参数值，为收桨的最小速度，另外两个变桨控制器(例如，第二变桨控制器和第三变桨控制器)控制其自身对应的叶片以自主收桨速度收桨。

[0044] 例如，从主控控制器接收到的三个叶片的桨距角分别是5.2度、5.3度、1.2度，则桨距角为1.2度的叶片所对应的变桨控制器(例如，第一变桨控制器)启动PID控制，在执行PID控制时，根据按照预定时间间隔从主控控制器接收的三个叶片的实时桨距角计算角度调节速度。例如，在刚开始PID控制时的三个叶片的桨距角5.2度、5.3度、1.2度中，以5.3度作为PID控制的目标值，以1.2度作为PID控制的实际值，计算角度调节速度的偏差值，并将偏差值与自主收桨速度的值相加作为自动调节的速度进行角度调节；在PID控制执行了若干预定时间间隔后，接收到的三个叶片的实时桨距角为6.0度、5.9度、2.4度，以6.0度作为PID控制的目标值，以2.4度作为PID控制的实际值，计算角度调节速度的偏差值，并将偏差值与自主收桨速度的值相加作为自动调节的速度进行角度调节，以此类推，通过上述方法进行自动角度追踪，以使三个叶片的桨距角度差值逐渐减小。

[0045] 下面，以增量式PID控制方式为例进行说明，当然，本发明不限于此，还可以使用其它PID控制方式，例如，位置式PID控制方式等。增量式PID的计算公式(1)如下：

[0046] u(k)＝Kp(e(k)‑e(k‑1))+Ki(e(k))+Kd(e(k)‑2e(k‑1)+e(k‑2))        (1)[0047] 其中，u(k)表示本次PID控制器输出的角度调节速度值，Kp表示比例系数，Ki表示积分系数，Kd表示微分系数，e(k)表示本次偏差(这里，偏差是指实际位置和目标位置的偏差)，e(k‑1)表示上次偏差，e(k‑2)表示上上次偏差。

[0048] 在上述PID控制方式中，微分项能预测误差变化的趋势，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(即PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。其优点是：使系统的响应速度变快，超调减小，振荡减轻，对动态过程有“预测”作用。

[0049] 根据本发明的示例性实施例，可对角度调节速度值进行限幅。例如，限幅值可设置为6度/秒，也就是说，如果计算出的角度调节速度值大于6度/秒，则按6度/秒执行。根据本发明的示例性实施例，为了防止控制超调，可将PID控制中的积分系数Ki设置为0。此外，还可适当减小微分系数Kd。例如，将比例系数Kp设置为5，将积分系数Ki设置为0，将微分系数Kd设置为15。

[0050] 根据本发明的示例性实施例，在相应的变桨驱动器基于角度调节速度对第一变桨控制器对应的叶片进行调节之后，当第一变桨控制器对应的叶片的实时桨距角与最大值之间的角度差值小于预定阈值(例如，0.3～0.5度)时，第一变桨控制器停止基于第一模式控制执行收桨，并开始基于第二模式控制执行收桨。也就是说，当接收到的三个叶片的实时桨距角的最大值与最小值之间的角度差值减小且趋近于0时，可认为启动PID控制或PD控制的第一变桨控制器所对应的叶片与另外两个叶片的收桨速度基本一致，对载荷影响较小，则第一变桨控制器所对应的叶片可停止PID同步控制，并恢复按照自主收桨速度进行收桨。

[0051] 可见，通过根据本发明的PID控制(或PD)控制，可实现三个叶片的桨距角自动同步控制。此外，在PID(或PD)控制过程量可涉及本次偏差和上次偏差，使得计算出的角度调节速度值更加优化。此外，PID(或PD)控制可在很短的时间(例如1秒)内完成角度同步调节，具有更快更好的动态响应和阶跃响应特性。此外，在PID(或PD)控制中，当某一轴编码器反馈的角度发生跳变，PID(或PD)控制可具有更好的自适应和容错功能。

[0052] 基于预定调节时间控制

[0053] 根据本发明的另一示例性实施例，第一变桨控制器可按照在预定调节时间内三个叶片的角度达到一致的约束条件下执行角度同步控制。具体控制方法为：设置从主控控制器接收到的三个叶片的桨距角中的最大值与最小值之间的角度差值被调节为0的预定时间；基于所述预定时间和所述角度差值，计算角度调节速度；将计算出的角度调节速度发送到相应的变桨驱动器。

[0054] 例如，可根据以下公式(2)计算角度调节速度：

[0055] v1＝v0+(b‑a)/t                     (2)

[0056] 其中，v1为角度调节速度，v0为变桨系统内部设置的自主收桨速度，b为接收到的三个叶片的桨距角中的最大值，a为接收到的三个叶片的桨距角中的最小值，t为设置的预定时间。

[0057] 根据本发明的示例性实施例，当相应的变桨驱动器基于角度调节速度对第一变桨控制器对应的叶片进行调节达到设置的预定时间t时，第一变桨控制器停止基于第一模式控制执行收桨，并开始基于第二模式控制执行收桨。

[0058] 图5是示出根据本发明的示例性实施例的控制风力发电机同步收桨的装置的框图。

[0059] 如图5所示，据本发明的示例性实施例的控制风力发电机同步收桨的装置500可包括三个变桨控制器510、520和530，每个变桨控制器分别用于控制三个叶片(未示出)中的一个叶片。

[0060] 各变桨控制器510、520和530分别包括采集模块511、521和531、发送模块512、522和532、接收模块513、523和533以及收桨模式确定模块514、524和534。

[0061] 各变桨控制器510、520和530响应于收桨指令执行以下操作：通过采集模块511、521和531分别采集各自对应叶片的桨距角；通过发送模块512、522和532分别将采集到的桨距角发送到主控控制器501；通过接收模块513、523和533分别接收主控控制器501发来的三个叶片的桨距角；通过收桨模式确定模块514、524和534分别基于接收到的三个叶片的桨距角，确定基于第一模式还是第二模式执行收桨，其中，第一模式是指以基于三个叶片的桨距角中的最大值和最小值之间的角度差值计算的角度调节速度执行收桨，第二模式是指以自主收桨速度执行收桨。

[0062] 具体地说，各变桨控制器510、520和530的收桨模式确定模块514、524和534可分别基于接收到的三个叶片的桨距角，确定各自对应叶片的桨距角是否为三个叶片的桨距角中的最小值。当叶片的桨距角在三个叶片的桨距角中为最小值，说明自身角度偏小，因此，三个叶片中桨距角最小的叶片需要进行特定角度调节控制，即，基于第一模式被控制收桨。而另外两个叶片可以以自主收桨速度执行收桨，即，基于第二模式被控制收桨。假设第一变桨控制器(例如，510)是三个叶片中桨距角最小的叶片所对应的变桨控制器，第二变桨控制器(例如，520)和第三变桨控制器(例如，530)是另外两个叶片所对应的两个变桨控制器，则第一变桨控制器510的收桨模式确定模块514可确定基于第一模式执行收桨，第二变桨控制器520的收桨模式确定模块524和第三变桨控制器530的收桨模式确定模块534确定基于第二模式执行收桨。当然，上述仅是示例，还存在第二变桨控制器520或第三变桨控制器530对应的叶片的桨距角最小并基于第一模式执行收桨的情况。

[0063] 根据本发明的示例性实施例，各变桨控制器可分别将另外两叶片的桨距角与自身对应叶片的桨距角进行比较，确定自身对应叶片的桨距角是否为三个叶片的桨距角中的最小值。确定自身对应叶片的桨距角为最小值的变桨控制器(例如，第一变桨控制器)确定自身对应叶片基于第一模式执行收桨。

[0064] 根据本发明的另一示例性实施例，各变桨控制器510、520和530的收桨模式确定模块514、524和534可分别对接收到的三个叶片的桨距角进行比较，确定接收到的三个叶片的桨距角之中的最小桨距角，将确定的最小桨距角与自身对应叶片的桨距角进行比较，自身对应叶片的桨距角与确定的最小桨距角一致的变桨控制器(例如，第一变桨控制器510)确定自身对应叶片基于第一模式执行收桨。该方法的优点在于：如果某一轴编码器发生跳变，各变桨控制器接收到的主控控制器发送的数据为0值，三个轴检测到与自身所测的角度不一致，则不基于第一模式执行收桨，避免错误控制。

[0065] 根据本发明的示例性实施例，各变桨控制器510、520和530还可分别包括收桨控制模块515、525和535。下面，假设第一变桨控制器510为自身对应叶片的桨距角最小的变桨控制器，并详细介绍由第一变桨控制器510的收桨控制模块515基于第一模式控制执行收桨的方法，即，由第一变桨控制器510的收桨控制模块515基于三个叶片的桨距角中的最大值和最小值之间的角度差值计算的角度调节速度控制执行收桨的方法。而第二变桨控制器520的收桨控制模块525和第三变桨控制器530的收桨控制模块535基于第二模式控制执行收桨。因此，第一变桨控制器510对应的第一变桨驱动器502(即，收桨执行机构)基于第一模式执行收桨，第二变桨控制器520对应的第二变桨驱动器503和第三变桨控制器530对应的第三变桨驱动器504基于第二模式执行收桨。

[0066] PID控制

[0067] 根据本发明的示例性实施例，第一变桨控制器510的收桨控制模块515可启动PID控制。具体控制方法为：按照预定时间间隔(例如，20ms)执行以下操作：从主控控制器501接收所述三个叶片的实时桨距角，其中，所述三个叶片的实时桨距角是由各变桨控制器510、520和530分别按照预定时间间隔采集并发送给主控控制器501的；通过基于三个叶片的实时桨距角中的最小值和最大值之间的角度差值执行PID控制，计算角度调节速度；将计算出的角度调节速度发送到相应的变桨驱动器502。

[0068] 具体地说，第一变桨控制器510的收桨控制模块515可通过将三个叶片的实时桨距角中的最小值作为实际值且将三个叶片的实时桨距角中的最大值作为目标值，执行PID运算，以得到角度调节速度的偏差值；将得到的偏差值与自主收桨速度的值相加得到角度调节速度的值。这里，变桨系统内部的自主收桨速度是变桨程序内部设置的收桨参数值，为收桨的最小速度，另外两个变桨控制器(例如，第二变桨控制器520和第三变桨控制器530)控制其自身对应的叶片以自主收桨速度收桨。

[0069] 例如，从主控控制器501接收到的三个叶片的桨距角分别是5.2度、5.3度、1.2度，则桨距角为1.2度的叶片所对应的变桨控制器的收桨控制模块(例如，第一变桨控制器510的收桨控制模块515)启动PID控制，在执行PID控制时，根据按照预定时间间隔从主控控制器501接收的三个叶片的实时桨距角计算角度调节速度。例如，在刚开始PID控制时的三个叶片的桨距角5.2度、5.3度、1.2度中，以5.3度作为PID控制的目标值，以1.2度作为PID控制的实际值，计算角度调节速度的偏差值，并将偏差值与自主收桨速度的值相加作为自动调节的速度进行角度调节；在PID控制执行了若干预定时间间隔后，接收到的三个叶片的实时桨距角为6.0度、5.9度、2.4度，以6.0度作为PID控制的目标值，以2.4度作为PID控制的实际值，计算角度调节速度的偏差值，并将偏差值与自主收桨速度的值相加作为自动调节的速度进行角度调节，以此类推，通过上述方法进行自动角度追踪，以使三个叶片的桨距角度差值逐渐减小。

[0070] 例如，可通过上述公式(1)的增量式PID控制方式执行控制。在PID控制方式中，微分项能预测误差变化的趋势，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(即PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。其优点是：使系统的响应速度变快，超调减小，振荡减轻，对动态过程有“预测”作用。

[0071] 根据本发明的示例性实施例，可对角度调节速度值进行限幅。例如，限幅值可设置为6度/秒，也就是说，如果计算出的角度调节速度值大于6度/秒，则按6度/秒执行。根据本发明的示例性实施例，为了防止控制超调，可将PID控制中的积分系数Ki设置为0。此外，还可适当减小微分系数Kd。例如，将比例系数Kp设置为5，将积分系数Ki设置为0，将微分系数Kd设置为15。

[0072] 根据本发明的示例性实施例，在相应的变桨驱动器502基于角度调节速度对第一变桨控制器510对应的叶片进行调节之后，当第一变桨控制器510对应的叶片的实时桨距角与最大值之间的角度差值小于预定阈值(例如，0.3～0.5度)时，第一变桨控制器510的收桨控制模块515停止基于第一模式控制执行收桨，并开始基于第二模式控制执行收桨。也就是说，当接收到的三个叶片的实时桨距角的最大值与最小值之间的角度差值减小且趋近于0时，可认为启动PID控制或PD控制的第一变桨控制器510所对应的叶片与另外两个叶片的收桨速度基本一致，对载荷影响较小，则第一变桨控制器510所对应的叶片可停止PID同步控制，并恢复按照自主收桨速度进行收桨。

[0073] 可见，通过根据本发明的PID控制(或PD)控制，可实现三个叶片的桨距角自动同步控制。此外，在PID(或PD)控制过程量可涉及本次偏差和上次偏差，使得计算出的角度调节速度值更加优化。此外，PID(或PD)控制可在很短的时间(例如1秒)内完成角度同步调节，具有更快更好的动态响应和阶跃响应特性。此外，在PID(或PD)控制中，当某一轴编码器反馈的角度发生跳变，PID(或PD)控制可具有更好的自适应和容错功能。

[0074] 基于预定调节时间控制

[0075] 根据本发明的另一示例性实施例，第一变桨控制器510的收桨控制模块515可按照在预定调节时间内三个叶片的角度达到一致的约束条件下执行角度同步控制。具体控制方法为：设置从主控控制器501接收到的三个叶片的桨距角中的最大值与最小值之间的角度差值被调节为0的预定时间；基于所述预定时间和所述角度差值，计算角度调节速度；将计算出的角度调节速度发送到相应的变桨驱动器。例如，可根据上述公式(2)计算角度调节速度。

[0076] 根据本发明的示例性实施例，当相应的变桨驱动器502基于角度调节速度对第一变桨控制器510对应的叶片进行调节达到设置的预定时间t时，第一变桨控制器510的收桨控制模块515停止基于第一模式控制执行收桨，并开始基于第二模式控制执行收桨。

[0077] 图6是示出根据本发明的示例性实施例的控制风力发电机同步收桨的仿真图。

[0078] 如图6所示，横坐标表示时间，纵坐标表示角度。其中，曲线601表示三个叶片中桨距角最小的叶片的角度变化曲线，其初始角度为0度。曲线602表示三个叶片中桨距角最大的叶片的角度变化曲线，其初始角度为6度。曲线603表示启动本发明的示例性实施例的角度控制方案(例如，PID控制或PD控制，或者基于预设调节时间控制)后，两个角度差值的变化曲线。从曲线603可看出，两个角度减值逐渐降低为0。曲线604表示针对三个叶片中桨距角最小的叶片的角度调节速度的变化曲线。从曲线604可看出，随着两个叶片的桨距角差值减小，针对桨距角最小的叶片的角度调节速度逐渐减小为2度/秒，在此过程中，曲线602表示的桨距角最大的叶片的角度一直以2度/秒的速度收桨，最终，三个叶片可很好地实现同步收桨控制。

[0079] 图7是根据本公开实施例提供的用于控制风力发电机同步收桨的设备的示意图。如图7所示，该设备可以包括处理器701以及存储有计算机程序指令的存储器702。

[0080] 具体地，上述处理器701可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

[0081] 存储器702可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器702可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器702可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器702可在综合网关容灾设备的内部或外部。在特定实施例中，存储器702是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器702包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。

[0082] 处理器701通过读取并执行存储器702中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种用于风电机组的极端风况条件的预测方法。

[0083] 在一个示例中，上述设备还可包括通信接口703和总线704。其中，如图7所示，处理器701、存储器702、通信接口703通过总线704连接并完成相互间的通信。

[0084] 通信接口703，主要用于实现本发明实施例中各模块、设备、单元和/或设备之间的通信。

[0085] 总线704包括硬件、软件或两者，用于将上述部件彼此耦接在一起。举例来说，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI‑Express(PCI‑X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线X10可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。

[0086] 该设备可以执行本发明实施例中的用于控制风力发电机同步收桨的方法，从而实现结合图4和图5描述的用于控制风力发电机同步收桨的方法及装置。

[0087] 此外，参照图4所描述的用于控制风力发电机同步收桨的方法可通过记录在计算机可读存储介质上的程序(或指令)来实现。例如，根据本发明的示例性实施例，可提供存储指令的计算机可读存储介质，其中，当所述指令被至少一个计算装置运行时，促使所述至少一个计算装置执行用于控制风力发电机同步收桨的方法。

[0088] 上述计算机可读存储介质中的计算机程序可在诸如客户端、主机、代理装置、服务器等计算机设备中部署的环境中运行，应注意，计算机程序还可用于执行除了上述步骤以外的附加步骤或者在执行上述步骤时执行更为具体的处理，这些附加步骤和进一步处理的内容已经在参照图4进行相关方法的描述过程中提及，因此这里为了避免重复将不再进行赘述。

[0089] 根据本发明的示例性实施例的用于控制风力发电机同步收桨的方法、装置和设备，可利用变桨系统自主收桨时的收桨速度指令的固定性，基于三个叶片的桨距角中的最大值和最小值之间的角度差值对角度值最小的叶片执行特定角度调节控制，实现变桨系统自主收桨时的变桨速度调节，以实现三叶片变桨速度一致，减小停机收桨过程中的载荷。

[0090] 根据本发明的示例性实施例的用于控制风力发电机同步收桨的方法、装置和设备，与传统的控制方法相比，在停机过程中，三个叶片进行同步收桨，角度大的叶片不需要先停止等待角度小的叶片达到一致的角度，所以更利于风力发电机组的安全。

[0091] 根据本发明的示例性实施例的用于控制风力发电机同步收桨的方法、装置和设备，提出PID控制(或者PD控制)对角度值最小的叶片角度进行自动调节。在自动调节的过程中，变桨控制器不需要对另外两个叶片的角度的跳变情况进行检测，此过程在PD控制器的调节过程中可以实现自匹配与自适应。此外，其优点在于，不会由于角度值的突变，而导致三个轴柜的角度平均值的突变，也不会产生由于角度平均值的突变，导致目标速度的突变或调节功能的失效。例如，角度小的数值发生跳变，三个叶片的角度差值会变小，PID(或者PD)控制器的输出会变小，如果角度大的数值发生跳变，由于PID(或者PD)控制器有限幅，且对另两个叶片的角度值进行比较，所以也不会使三个叶片的速度差值过大。此外，由于加入了PID(或者PD)控制器，所以可执行快速调节，且参数易于优化(例如，只需要调节比例参数Kp的值)。

[0092] 以上描述了本发明的各示例性实施例，应理解，上述描述仅是示例性的，并非穷尽性的，本发明不限于所披露的各示例性实施例。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的范围为准。