[发明专利]一种大型风电机组的鲸鱼群PID独立变桨控制方法

权利要求书

1.一种大型风电机组的鲸鱼群PID独立变桨控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、计算弯矩，通过叶片载荷模型，计算出各叶片在垂直于叶轮面方向的弯矩；

步骤2、计算俯仰弯矩和偏航弯矩，根据步骤1得到的各叶片垂直于叶轮面方向的弯矩进行多叶片坐标系坐标变换，得到科尔曼坐标系下的俯仰弯矩和偏航弯矩；

步骤3、计算消除俯仰弯矩的影响角和消除偏航弯矩的影响角，通过鲸鱼群PID控制器求解得到科尔曼坐标系下分别用于消除步骤2得到的俯仰弯矩和偏航弯矩的影响角，所述鲸鱼群PID控制器中鲸鱼群算法计算每条鲸鱼个体的目标函数值f的函数模型如下：

式中，比例系数kp和积分时间常数ki为待整定的两个PID参数，gm表示系统的幅值裕度，pm表示系统的相位裕度，st表示系统的调节时间，os表示系统的超调量；gth表示预先指定的最小幅值裕度，pth表示预先指定的最小相位裕度，sth表示期望的调节时间；[l_p,u_p]表示k_p的定义域，[l_i,u_i]表示k_i的定义域；

步骤4、计算独立变桨桨距角，将步骤3得到的影响角进行多叶片坐标系逆变换，得到各叶片的桨距角增量，再与统一变桨角度进行叠加，得到各叶片的独立变桨桨距角；

步骤5、完成独立变桨，根据步骤4得到的独立变桨桨距角，各变桨驱动器完成独立变桨执行动作。

2.如权利要求1所述的一种大型风电机组的鲸鱼群PID独立变桨控制方法，其特征在于，所述步骤1中，通过叶片载荷模型，计算出各叶片在垂直于叶轮面方向的弯矩的公式如下所示：

M₁＝M_f,1·cos(θ₁)-M_e,1·sin(θ₁)

M₂＝M_f,2·cos(θ₂)-M_e,2·sin(θ₂)

M₃＝M_f,3·cos(θ₃)-M_e,3·sin(θ₃)

式中，M1、M2、M3分别表示1号、2号、3号叶片在垂直于叶轮面方向的弯矩，Mf,1、Mf,2、Mf,3分别表示1号、2号、3号叶片在面外方向挥舞方向的根部弯矩，Me,1、Me,2、Me,3分别表示1号、2号、3号叶片在面内方向摆振方向的根部弯矩，θ1、θ2、θ3分别表示1号、2号、3号叶片的桨距角。

3.如权利要求2所述的一种大型风电机组的鲸鱼群PID独立变桨控制方法，其特征在于，所述步骤2中，风电机组在科尔曼坐标系下的俯仰弯矩M_tilt和偏航弯矩M_yaw的计算公式如下所示：

M_tilt＝M₁·cos(ψ₁)+M₂·cos(ψ₂)+M₃·cos(ψ₃)

M_yaw＝M₁·sin(ψ₁)+M₂·sin(ψ₂)+M₃·sin(ψ₃)

式中，ψ1、ψ2和ψ3分别表示叶片1、叶片2和叶片3的方位角，其中，ψ2＝ψ1+120°，ψ3＝ψ1+240°。

4.如权利要求3所述的一种大型风电机组的鲸鱼群PID独立变桨控制方法，其特征在于，所述步骤3中，科尔曼坐标系下用于消除俯仰弯矩的影响角θtilt和用于消除偏航弯矩的影响角θyaw的计算方法如下所示：

式中，比例系数kp和积分时间常数ki是待整定的两个PID参数。