一種獨(dú)立變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種獨(dú)立變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角的控制方法，其方法步驟如下：搭建雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)仿真模型；運(yùn)行仿真模型，驗(yàn)證有效性；改變PI參數(shù)，驗(yàn)證不同風(fēng)速和風(fēng)向下最佳槳距角控制器中PI參數(shù)的不同；對(duì)全風(fēng)速段內(nèi)各風(fēng)速下參數(shù)值進(jìn)行記錄；獲取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模塊；在槳距角控制模塊加入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模塊；計(jì)算出同一葉片到達(dá)同一空間位置的間隔時(shí)間，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模塊獲得PI控制器參數(shù)傳到PI控制器中；比較固定PI參數(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)槳距角PI參數(shù)下風(fēng)輪葉片攻角的變化曲線。本發(fā)明的有益效果如下：加快獨(dú)立槳距角的調(diào)節(jié)，且減少了發(fā)電機(jī)功率和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)時(shí)間，加速了系統(tǒng)穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】一種獨(dú)立變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角的控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種獨(dú)立變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角的控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著煤炭和石油等不可再生資源的不斷消耗以及環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，風(fēng)能作為可再生清潔能源，在發(fā)電領(lǐng)域中有極大的發(fā)展?jié)摿?。目前兆瓦?jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電中的重要發(fā)展方向，而大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中用來(lái)限制其功率輸出的方式主要靠變槳距調(diào)節(jié)，因此風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中槳距角的控制策略尤為重要。對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片槳距角的控制目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片攻角的平穩(wěn)控制，保證風(fēng)輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中各個(gè)葉片氣動(dòng)載荷平衡。
[0003]傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角PI控制器的參數(shù)固定，而仿真表明不同風(fēng)速和風(fēng)向下的最佳槳距角PI控制的參數(shù)存在不同，風(fēng)速越大時(shí)，槳距角變化越快，需適當(dāng)增加比例環(huán)節(jié)以增加槳距角的變化速度，從而減少槳距角的調(diào)節(jié)時(shí)間，同時(shí)仿真說(shuō)明適當(dāng)增加積分時(shí)間，能改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。因此，迫切需要一種能夠克服傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角PI控制器參數(shù)固定弊端的槳距角控制方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種獨(dú)立變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角的控制方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角PI控制器參數(shù)固定弊端的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種獨(dú)立變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角的控制方法，其方法步驟如下:
[0007](I)搭建雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)仿真模型；
[0008](2)運(yùn)行所述仿真模型，比對(duì)仿真模型運(yùn)行結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證仿真模型的有效性；
[0009](3)改變仿真模型槳距角控制器中的PI參數(shù)，驗(yàn)證不同風(fēng)速和風(fēng)向下最佳槳距角控制器中PI參數(shù)的不同；
[0010](4)對(duì)全風(fēng)速段內(nèi)各風(fēng)速下的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、各風(fēng)向下的輸出功率、額定功率、轉(zhuǎn)速、參考轉(zhuǎn)速和其中某一個(gè)葉片的槳距角控制器最佳PI參數(shù)值進(jìn)行記錄；
[0011](5)將步驟(4)中記錄的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、風(fēng)向、輸出功率、額定功率、轉(zhuǎn)速和參考轉(zhuǎn)速作為神經(jīng)元的輸入對(duì)象，將目標(biāo)PI參數(shù)作為輸出對(duì)象，獲取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模塊；
[0012](6)在槳距角控制模塊加入已訓(xùn)練成功的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模塊；
[0013](7)利用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速計(jì)算出同一葉片到達(dá)同一空間位置的間隔時(shí)間，通過(guò)延時(shí)環(huán)節(jié)將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模塊獲得的某一葉片PI控制器參數(shù)傳到其他葉片的PI控制器中；
[0014](8)對(duì)加入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模塊的整機(jī)模型進(jìn)行仿真，比較固定PI參數(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)槳距角PI參數(shù)下風(fēng)輪葉片攻角的變化曲線。
[0015]作為優(yōu)選，所述步驟(4)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下:
[0016]仿真模型采用給定風(fēng)速和偏航角模擬現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速和風(fēng)向，觀察額定風(fēng)速以上11?25m/s內(nèi)和偏航角O?10°下，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)某一葉片的攻角變化曲線。調(diào)節(jié)槳距角的PI控制參數(shù)，記錄各個(gè)風(fēng)速和風(fēng)向下最平穩(wěn)攻角輸出曲線下的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、輸出功率，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速及PI參數(shù)。
[0017]作為優(yōu)選，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法采取有監(jiān)督的學(xué)習(xí)方式，包括一個(gè)輸入層、一個(gè)隱含層和一個(gè)輸出層。
[0018]作為優(yōu)選，所述槳距角控制方法采取獨(dú)立變槳距調(diào)節(jié)，所述風(fēng)輪包括三個(gè)槳葉，相鄰葉片之間的夾角為120度。
[0019]本發(fā)明根據(jù)風(fēng)向，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、額定功率和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法動(dòng)態(tài)調(diào)整PI控制器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)槳距角在不同相位角的獨(dú)立快速調(diào)節(jié)，抑制不同風(fēng)況下葉片旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)攻角的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減小風(fēng)輪動(dòng)態(tài)氣動(dòng)載荷，穩(wěn)定發(fā)電機(jī)組輸出功率。
[0020]本發(fā)明的有益效果為:
[0021]本發(fā)明在風(fēng)速和風(fēng)向發(fā)生頻繁變化時(shí)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的的方式對(duì)槳距角控制的PI參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，并實(shí)現(xiàn)了槳距角的獨(dú)立調(diào)節(jié)，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，是一種有效的風(fēng)力機(jī)槳距角控制方法。
[0022]神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力強(qiáng)，根據(jù)學(xué)習(xí)的結(jié)果動(dòng)態(tài)對(duì)PI參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使葉片的攻角在一周內(nèi)均處于接近最優(yōu)的狀態(tài)，穩(wěn)定了發(fā)電機(jī)組輸出功率，提升了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中加入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的槳距角控制示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中PI參數(shù)固定和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PI參數(shù)自整定下的攻角變化曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028]實(shí)施例
[0029]如圖1所示的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，利用記錄的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速V、風(fēng)向γ、輸出功率Pmeas、額定功率Pmref、轉(zhuǎn)速r、參考轉(zhuǎn)速ref作為神經(jīng)元的輸入層節(jié)點(diǎn)xi，PI參數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出節(jié)點(diǎn)yk，隱含層選取9個(gè)節(jié)點(diǎn)，記為hj。其中，輸入層節(jié)點(diǎn)X到隱含層節(jié)點(diǎn)h的連接權(quán)用wijl表示；隱含層節(jié)點(diǎn)h到輸出層節(jié)點(diǎn)y的連接權(quán)用wjk2表示。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采取有監(jiān)督的學(xué)習(xí)方式，利用記錄的數(shù)據(jù)獲取各層的連接權(quán)值wijl、wjk2。
[0030]如圖2所示的加入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的槳距角控制示意圖，通過(guò)風(fēng)力機(jī)運(yùn)行的當(dāng)前狀態(tài)獲取槳距角控制器的PI參數(shù)，利用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速計(jì)算出葉片到達(dá)同一相角的間隔時(shí)間，通過(guò)延時(shí)環(huán)節(jié)把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲得的某一葉片PI控制器參數(shù)傳到其他兩個(gè)葉片的PI控制器中。
[0031]如圖3所示的固定PI參數(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)PI自整定調(diào)節(jié)的槳距角(單只葉片)變化曲線對(duì)比圖。橫坐標(biāo)為時(shí)間軸，對(duì)應(yīng)單只葉片旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間。圖中可以看出，在PI參數(shù)自整定配合獨(dú)立變槳距調(diào)節(jié)情況下，葉片的在一周不同相位角下，槳距角具有不同的數(shù)值。從而保證了葉片的攻角始終處于較優(yōu)的位置。而采用固定PI參數(shù)的統(tǒng)一槳距角調(diào)節(jié)方式，在葉片旋轉(zhuǎn)一周時(shí)保持不變。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種獨(dú)立變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角的控制方法，其特征在于，其方法步驟如下: (1)搭建雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)仿真模型； (2)運(yùn)行所述仿真模型，比對(duì)仿真模型運(yùn)行結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證仿真模型的有效性； (3)改變仿真模型槳距角控制器中的PI參數(shù)，驗(yàn)證不同風(fēng)速和風(fēng)向下最佳槳距角控制器中PI參數(shù)的不同； (4)對(duì)全風(fēng)速段內(nèi)各風(fēng)速下的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、各風(fēng)向下的輸出功率、額定功率、轉(zhuǎn)速、參考轉(zhuǎn)速和其中某一個(gè)葉片的槳距角控制器最佳PI參數(shù)值進(jìn)行記錄； (5)將步驟(4)中記錄的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、風(fēng)向、輸出功率、額定功率、轉(zhuǎn)速和參考轉(zhuǎn)速作為神經(jīng)元的輸入對(duì)象，將目標(biāo)PI參數(shù)作為輸出對(duì)象，獲取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模塊； (6)在槳距角控制模塊加入已訓(xùn)練成功的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模塊； (7)利用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速計(jì)算出同一葉片到達(dá)同一空間位置的間隔時(shí)間，通過(guò)延時(shí)環(huán)節(jié)將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模塊獲得的某一葉片PI控制器參數(shù)傳到其他葉片的PI控制器中； (8)對(duì)加入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模塊的整機(jī)模型進(jìn)行仿真，比較固定PI參數(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)槳距角PI參數(shù)下風(fēng)輪葉片攻角的變化曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獨(dú)立變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角的控制方法，其特征在于，所述步驟(4)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下: 仿真模型采用給定風(fēng)速和偏航角模擬現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速和風(fēng)向，觀察額定風(fēng)速以上11?25m/s內(nèi)和偏航角O?10°下，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)某一葉片的攻角變化曲線。調(diào)節(jié)槳距角的PI控制參數(shù)，記錄各個(gè)風(fēng)速和風(fēng)向下最平穩(wěn)攻角輸出曲線下的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、輸出功率，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速及PI參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獨(dú)立變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角的控制方法，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法采取有監(jiān)督的學(xué)習(xí)方式，包括一個(gè)輸入層、一個(gè)隱含層和一個(gè)輸出層O
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獨(dú)立變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角的控制方法，其特征在于，所述槳距角控制方法采取獨(dú)立變槳距調(diào)節(jié)，所述風(fēng)輪包括三個(gè)槳葉，相鄰葉片之間的夾角為120度。
【文檔編號(hào)】F03D7/00GK104454347SQ201410704928
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】梁俊宇, 趙明, 李萍, 李孟陽(yáng), 李維, 仇永興, 李傳斌 申請(qǐng)人:云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院