一种基于PI算法的风机变桨控制方法及系统技术方案

技术编号:18571891 阅读:66 留言:0更新日期:2018-08-01 07:44
本发明专利技术提供了一种基于PI算法的风机变桨控制方法及系统,通过前馈控制滤除剪切风速,补充风速测量误差,把风速的变化作为干扰量输入给变桨控制器,将采集的发电机的实时功率与发电机的额定功率的差值发送给变桨控制器,风机变桨控制器采用PI算法,可以在风速变化频繁、风机桨叶受的扰动较大时,快速准确的调整桨距角,不至于使风机浆叶受力不均匀出现晃动,以使风机保持在额定发电机功率状态,可以有效控制风机变桨系统的稳态和动态性能。缩短了风机变桨控制系统的响应时间,提高了系统的快速性,稳定风机组的输出功率,提高风机组的发电效率。

A method and system for fan pitch control based on PI algorithm

The invention provides a variable pitch control method and system based on the PI algorithm. Through feedforward control, the wind speed is filtered, the wind velocity measurement error is supplemented and the change of wind speed is input to the variable propeller controller. The difference between the real-time power of the generator and the power rating of the generator is sent to the variable propeller controller. The fan controller adopts the PI algorithm, which can adjust the pitch angle quickly and accurately when the wind speed changes frequently and the fan blade is disturbed. It can not make the fan blade stress unevenly sloshing, so that the fan is kept in the power state of the rated generator, and it can control the steady state and dynamic of the fan rotor system. Performance. It shortens the response time of the fan pitch control system, improves the rapidity of the system, stabilizes the output power of the fan set, and improves the generating efficiency of the fan set.

【技术实现步骤摘要】
一种基于PI算法的风机变桨控制方法及系统
本专利技术属于风机控制
,特别涉及一种基于PI算法的风机变桨控制方法及系统。
技术介绍
风能是一种可再生的清洁能源,世界范围内风力发电蓬勃发展,与此同时,市场对风力发电技术要求越来越高,风机发电效率、稳定性、智能化要求越来越高。风机所处环境复杂,受天气、风向、风速、雨量、地势、海拔等自然条件影响比较大,对风机控制系统的稳定性、可靠性提出更高的要求。其中,一个重要问题是风机变桨系统的稳定性,因为风机的风轮直径都在百米左右,加上塔影效应、风剪切、地表起伏等影响,风机三个浆叶在风机运行时会受到不同的干扰,而且干扰变化剧烈,难于实时监测。因此对变桨控制系统进行研究对工业的发展具有重要意义。由于在变桨过程中,风轮处于旋转状态,会出现整个风机受力不均衡的,加剧轮毂和塔筒的振动,给整个系统带来不安全因素。因此对变桨控制的算法研究层出不穷,都是针对这个问题,如模糊控制、神经网络控制、多模型控制等策略,但都处于理论阶段,很难应用到实际的工程项目中。目前国内风电机组大多采用PI控制器完成对变桨系统的控制,由于风速变化的随机性和风电机组的强非线性,在风况变化的情况下采用PI控制器系统可以得到较好的响应速度和调节特性。现有技术中有一些方案是采用固定PI控制器的参数控制变桨控制器输出桨距角;也有一些方案是采用不断调节PI控制器的参数以得到最优的PI控制参数。但是采用这些方案得到的桨距角可能不太精确,提高了风力发电机组运行的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于PI算法的风机变桨控制方法及系统,用于解决现有技术中的风机变桨控制方法不适合于实时变化的风速的问题。为实现上述目的,本专利技术提供了一种基于PI算法的风机变桨控制方法,包括以下技术方案:方法方案一,一种基于PI算法的风机变桨控制方法,包括如下步骤:实时采集风速发送给PI变桨控制器;并采集发电机的实时功率,将采集的发电机的实时功率与发电机的额定功率的差值发送给PI变桨控制器,通过调整PI控制器的传递函数的参数输出桨距角,所述PI控制器的传递函数的参数根据风速的变化调整,利用所述桨距角控制风机变桨,PI变桨控制器的传递函数表示为:其中,Gc1(s)是第一传递函数,Gc2(s)是第二传递函数,K表示比例放大系数,λ1和λ2表示可调参数,T1表示变桨电机时间常数,T2表示风机浆叶的惯性时间常数、S表示复数,τ表示滞后时间常数。方法方案二,在方法方案一的基础上,参数K、参数λ1及参数λ2通过标定实验得到。方法方案三,在方法方案一的基础上,需对采集的风速进行前馈控制,将经过前馈控制后的风速发送给PI变桨控制器。方法方案四,在方法方案三的基础上,当发电机的实时功率与发电机的额定功率之间的差值小于等于0时,输出桨距角为0,当发电机的实时功率与发电机的额定功率之间的差值大于0时,将所述差值作为输入量发送给PI变桨控制器。方法方案五,在方法方案四的基础上,所述发电机的实时功率通过变流器采集获取。方法方案六,在方法方案四的基础上,所述发电机的实时功率通过功率测量模块测量获取,功率测量模块测得的功率由发电机的实际转速计算出来的功率减去发电机组的机械功率得到。本专利技术还提供了一种基于PI算法的风机变桨控制系统,包括以下技术方案:系统方案一,一种基于PI算法的风机变桨控制系统,包括采集单元、PI变桨控制器及变桨执行单元,所述采集单元用于实时采集风速发送给PI变桨控制器;并采集发电机的实时功率,将采集的发电机的实时功率与发电机的额定功率的差值发送给PI变桨控制器,通过调整PI控制器的传递函数的参数输出桨距角,所述PI控制器的传递函数的参数根据风速的变化调整,所述变桨执行单元用于根据所述桨距角控制风机变桨,PI变桨控制器的传递函数表示为:其中,Gc1(s)是第一传递函数,Gc2(s)是第二传递函数,K表示比例放大系数,λ1和λ2表示可调参数,T1表示变桨电机时间常数,T2表示风机浆叶的惯性时间常数、S表示复数,τ表示滞后时间常数。系统方案二,在系统方案一的基础上,参数K、参数λ1及参数λ2通过标定实验得到。系统方案三,在系统方案一的基础上,还包括风速前馈控制单元,所述风速前馈控制单元用于对采集的风速进行前馈控制,将经过前馈控制后的风速发送给PI变桨控制器。系统方案四,在系统方案三的基础上,当发电机的实时功率与发电机的额定功率之间的差值小于等于0时,输出桨距角为0,当发电机的实时功率与发电机的额定功率之间的差值大于0时,将所述差值作为输入量发送给PI变桨控制器。系统方案五,在系统方案四的基础上,还包括变流器,所述发电机的实时功率通过变流器采集获取。系统方案六,在系统方案四的基础上,还包括功率测量模块,所述发电机的实时功率通过功率测量模块测量获取,功率测量模块测得的功率由发电机的实际转速计算出来的功率减去发电机组的机械功率得到。本专利技术的有益效果是:本专利技术通过不断调整PI控制器传递函数的参数K、参数λ1及参数λ2,以适应不同的风速,因此,本专利技术的方法可以在风速变化频繁、风机桨叶受的扰动较大时,快速准确的调整桨距角,不至于使风机浆叶受力不均匀出现晃动,以使风机保持在额定发电机功率状态,可以有效控制风机变桨系统的稳态和动态性能。缩短了风机变桨系统的响应时间,提高了系统的快速性,稳定风机组的输出功率,提高风机组的发电效率。附图说明图1为本专利技术的变桨控制系统的原理图;图2为预测PI算法的结构示意图;图3为预测PI算法在变桨控制系统中的控制原理框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明:为了解决风速变化时造成的风机变桨控制不准确的问题,本专利技术提供了一种基于PI算法的风机变桨控制系统。如图1所示,风机变桨控制系统包括采集单元、风速前馈控制单元及风机变桨控制器,其中,采集单元用于实时采集风速,风速前馈控制单元用于对采集的风速进行前馈控制,并将经过前馈控制后的风速发送给变桨控制器,采集单元还采集了发电机的实时功率,将采集的发电机的实时功率与发电机的额定功率的差值发送给PI变桨控制器,通过调整PI控制器的传递函数的参数输出桨距角,PI控制器的传递函数的参数根据风速的变化调整,PI变桨控制器输出桨距角给变桨执行单元,变桨执行单元通过风机浆叶、轮毂、齿轮箱等传动机构,对风轮进行控制,改变风机浆叶的攻角,控制发电机转速,从而改变风机浆叶吸收的风能达到稳定风速的作用,保持发电机输出功率稳定。实施上述控制系统的风机变桨控制方法,包括如下步骤:1)实时采集风速,在风速变化时,对采集的风速进行前馈控制滤除剪切风速,补充风速测量误差,把风速的变化作为干扰量输入给变桨控制器,避免了风速过大时对风机造成损坏;2)采集发电机的实时功率,将采集的发电机的实时功率与发电机的额定功率的差值发送给变桨控制器,经过PI控制后输出桨距角控制风机变桨。发电机的实时功率的测量有两种方式,第一种是通过变流器采集功率,第二种是通过功率测量模块测量,发电机转速通过发电机编码器采集在风机变桨控制系统中计算出转速。当采用功率测量模块获取发电机的实时功率时,由发电机的实际转速计算出来的功率减去发电机组的功率所得到的就是功率测量模块测得的功率。风机变桨控制系统是一个大滞后、时变、非线性的复杂系本文档来自技高网...
一种基于PI算法的风机变桨控制方法及系统

【技术保护点】
1.一种基于PI算法的风机变桨控制方法,其特征在于,包括如下步骤:实时采集风速发送给PI变桨控制器;并采集发电机的实时功率,将采集的发电机的实时功率与发电机的额定功率的差值发送给PI变桨控制器,通过调整PI控制器的传递函数的参数输出桨距角,所述PI控制器的传递函数的参数根据风速的变化调整,利用所述桨距角控制风机变桨,PI变桨控制器的传递函数表示为:

【技术特征摘要】
1.一种基于PI算法的风机变桨控制方法,其特征在于,包括如下步骤:实时采集风速发送给PI变桨控制器;并采集发电机的实时功率,将采集的发电机的实时功率与发电机的额定功率的差值发送给PI变桨控制器,通过调整PI控制器的传递函数的参数输出桨距角,所述PI控制器的传递函数的参数根据风速的变化调整,利用所述桨距角控制风机变桨,PI变桨控制器的传递函数表示为:其中,Gc1(s)是第一传递函数,Gc2(s)是第二传递函数,K表示比例放大系数,λ1和λ2表示可调参数,T1表示变桨电机时间常数,T2表示风机浆叶的惯性时间常数、S表示复数,τ表示滞后时间常数。2.根据权利要求1所述的基于PI算法的风机变桨控制方法,其特征在于,比例放大系数K、参数λ1及参数λ2通过标定实验得到。3.根据权利要求1所述的基于PI算法的风机变桨控制方法,其特征在于,需对采集的风速进行前馈控制,将经过前馈控制后的风速发送给PI变桨控制器。4.根据权利要求3所述的基于PI算法的风机变桨控制方法,其特征在于,当发电机的实时功率与发电机的额定功率之间的差值小于等于0时,输出桨距角为0,当发电机的实时功率与发电机的额定功率之间的差值大于0时,将所述差值作为输入量发送给PI变桨控制器。5.根据权利要求4所述的基于PI算法的风机变桨控制方法,其特征在于,所述发电机的实时功率通过变流器采集获取。6.根据权利要求4所述的基于PI算法的风机变桨控制方法,其特征在于,所述发电机的实时功率通过功率...

【专利技术属性】
技术研发人员:李春阳刘伟鹏张小伟
申请(专利权)人:许继集团有限公司许昌许继风电科技有限公司
类型:发明
国别省市:河南,41

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