自适应控制技术在变桨控制中的应用

对风电机组作动力学分析可以发现，风电机组的传动系统主要受到三种力矩的作用——气动转矩、发电转矩和阻尼力矩，其中气动转矩是维持风电机组转动的动力矩。在风速大于额定风速时，风电机组的主要控制目标是保持功率的平稳。此时，发电转矩一般会保持额定转矩值，而发电功率为发电转矩和转轴转速的乘积，要达到以额定功率发电的目标，就要求转速维持额定值。这样，阻尼力矩也会基本不变。但是，风力是一种持续变化的动力。如果桨距角不变的话，当风速快速变化时，会导致气动转矩发生相应的改变，这样风电机组就无法维持在额定转速运行。因此，我们需要控制桨距角来调整桨叶的受力状况，使得风电机组维持在额定转速运行。

桨距角对气动转矩的作用是非线性的，当风速接近于额定风速时，桨距角在0°附近，此时气动转矩对桨距角的敏感度是很小的；但是，随着桨距角的增大，气动转矩对桨距角变化的敏感度也就越大。所以，传统的PI变桨距控制器需要加入增益调整环节。在更高的风速段，桨距角的调整增益就会更小，因为此时较小的桨距角变化就能引起很大的气动转矩变化。

但是，PI控制器本身对于非线性系统就存在不同工作点附近，最优PI值会发生改变的特点。同时，由于大气变化导致雷诺数变化、季节或者环境的变化、电网电压或者频率变化以及机械结构磨损等机组老化等因素，会导致系统参数变化，对于风电机组这种存在时变参数的系统，PI控制器是无法自动做到PI系数更新优化的。基于某工作点的线性化模型的方法，对于工作范围较宽、随机扰动大、不确定因素多、非线性严重的风电系统并不适用，只能保证在线性化工作点附近的控制效果。因此，PI控制器的控制效果是不理想的，存在高风速段功率波动大，系统参数改变后会导致性能下降的缺点。(www.xing528.com)

为了克服现有带增益调整的PI变桨距控制算法在高风速段功率波动大的问题，可采用一种基于自适应控制的变桨距控制方法。