基于时序分析的变桨距风机多模态运行优化控制装置及运行方法制造方法及图纸

一种基于时序分析的变桨距风机多模态运行优化控制装置及运行方法，所述控制装置包括：人机接口模块、模态感知模块、时序分析模块、时序统计数据记录模块、变桨系统在线辨识模块、控制器参数优化模块、模糊自整定多模态PID控制系统模块和控制性能计算模块。本发明专利技术从系统层面，将变桨距风力发电系统中包含的各类设备按区域和功能划分为“组件”，以组件为基本元素建立模态感知模型；对模态感知模型在各个模态切换过渡过程进行基于组件的时序分析；通过时序分析获得变桨系统在各模态切换过程中的时序统计数据；利用时序统计数据对变桨系统进行在线辨识和控制器参数优化；优化后控制参数由模糊自整定多模态PID控制系统进行综合，实现全工况变桨系统性能最优。

Multi modal operation optimization control device and operation method of variable pitch fan based on time series analysis

A pitch based on time series analysis from the fan operation optimization control device and operation method of multi modal, the control device comprises a human-machine interface module, modal sensing module, timing analysis module, timing module, data recording pitch system online identification module and a control module for parameter optimization, fuzzy self-tuning multi modal PID control system module and control performance calculation module. The present invention from the system level, including the variable pitch wind power system in various types of equipment by region and function is divided into \components\, with components as the basic elements of a modal perception model; modal analysis model of perceptual components based on timing in each mode switch transition process; time series analysis of statistical data obtained in the pitch system the mode switching process by timing; online identification and controller parameter optimization of pitch system using temporal statistical data; the optimized control parameters by fuzzy self-tuning PID control system for multi modal synthesis, realize the variable condition of optimal system performance of propeller.

【技术实现步骤摘要】
基于时序分析的变桨距风机多模态运行优化控制装置及运行方法
本专利技术属于风力发电机运行控制
，具体涉及一种基于时序分析的变桨距风机多模态运行优化控制装置及运行方法。
技术介绍
变桨距风力发电系统运行过程中存在着许多控制难题。这些难题产生的原因主要是由于被控对象具有时滞、非线性、参数摄动、通讯受限等内在特性。在实际的风力发电过程中，针对上述问题的控制领域新理论和新方法的应用却不尽如人意。其原因一方面是复杂理论与方法的实施成本高且与工业控制设备的兼容性差；另一方面，针对被控对象内在特性的研究成果往往只能解决特定工况的局部优化控制问题，而变桨距风力发电系统中存在的多种运行模态间的随机转换是急需解决的全局性控制难题。在该变桨距风力发电系统中，最为重要的子系统是变桨系统。在全工况运行过程中，变桨系统结构和功能的变化是系统模态切换的重要表现。变桨距需要调节桨距角这一风力机运行过程中重要参数，以克服定桨距和被动失速调节的诸多缺点。变桨距风力发电机结构复杂，功能随着模态切换而变化；其模态切换往往具有较强的随机性。变桨距风力发电机的多模态过程控制属于系统层面的全局性控制问题，传统控制策略由于针对的是局部对象的动静态性能而非系统模态变换的平稳性和快速性，更侧重于偏差的快速消除，而不关注控制时序的调整，因此往往难以满足控制要求。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中提到的变桨距风力发电系统的多模态运行特性带来的控制问题，本专利技术提供了一种基于时序分析的变桨距风机多模态运行优化控制装置及运行方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于时序分析的变桨距风机多模态运行优化控制装置，包括：人机接口单元模块、模态感知模块、时序分析模块、时序统计数据记录模块、变桨系统在线辨识模块、控制器参数优化模块、模糊自整定多模态PID控制系统模块和控制性能计算模块；所述人机接口单元模块与所述模态感知模块、时序分析模块和控制性能计算模块连接；所述模态感知模块与风力发电系统模态控制器和时序分析模块连接；所述时序分析模块与变桨系统各组件和时序统计数据记录模块连接；所述时序统计数据记录模块与变桨系统在线辨识模块连接；所述变桨系统在线辨识模块和控制器参数优化模块相连接；所述控制器参数优化模块与模糊自整定多模态PID控制系统模块连接；所述模糊自整定多模态PID控制系统模块与变桨控制器连接；所述控制性能计算模块与变桨控制器连接；所述人机接口单元模块用于数据和图像显示；所述模态感知模块用于获取所述风力发电系统当前模态信息；所述时序分析模块用于分析所述变桨系统各组件时序表现、获取所述各组件在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间并生成时序分析图；所述时序统计数据记录模块用于记录时序分析模块产生的变桨系统各组件时序统计数据，并计算出所述变桨系统在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间；所述变桨系统在线辨识模块用于获取所述变桨系统在模态切换过程中的动态特性，并推算出所述变桨系统动态模型；所述控制器参数优化模块用于计算出当前模态切换过程中所述变桨控制器最优参数；所述模糊自整定多模态PID控制系统模块用于结合当前模态和其他模态切换过程中所述变桨控制器最优参数，综合生成所述变桨控制器参数；所述控制性能计算模块用于计算所述变桨系统全工况运行过程中的性能指标；其中，所述风力发电系统包括风力发电系统模态控制器和变桨系统各组件，所述变桨系统各组件包括变桨控制器、液压执行器和联动装置。进一步地，所述模糊自整定多模态PID控制系统模块包括：模糊整定器、可变增益参数K1和K2,其中，K1表示其他模态切换过程中所述变桨控制器最优参数；K2表示当前模态切换过程中所述变桨控制器最优参数。一种基于时序分析的变桨距风机多模态运行优化控制装置的运行方法，包括以下步骤：步骤1：模态感知模块从风力发电系统模态控制器中获取当前模态信息；步骤2：模态感知模块将当前模态信息传输至时序分析模块和人机接口单元模块；步骤3：时序分析模块获取变桨系统各组件时序信号；步骤4：时序分析模块根据当前模态信息和变桨系统各组件时序信号，分析变桨系统各组件时序表现、获取变桨系统各组件在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间并生成时序分析图；步骤5：时序分析模块将时序分析图传输至人机接口单元模块，将变桨系统各组件在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间传输至时序统计数据记录模块；步骤6：时序统计数据记录模块记录时序分析模块产生的各组件时序统计数据，并根据变桨系统各组件在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间计算出整个变桨系统在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间；步骤7：时序统计数据记录模块将整个变桨系统在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间传输至变桨系统在线辨识模块；步骤8：变桨系统在线辨识模块根据整个变桨系统在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间运算出变桨系统广义对象在模态切换过程中的动态特性，并推算出变桨系统动态模型；步骤9：变桨系统在线辨识模块将变桨系统动态模型传输至控制器参数优化模块；步骤10：控制器参数优化模块根据当前所述变桨系统动态模型计算出当前模态切换过程中变桨控制器最优参数；步骤11：控制器参数优化模块将当前所述变桨控制器最优参数传输至模糊自整定多模态PID控制系统模块；步骤12：模糊自整定多模态PID控制系统模块结合上述当前模态和其他模态切换过程中的变桨控制器最优参数，综合生成变桨控制器参数；步骤13：模糊自整定多模态PID控制系统模块将变桨控制器参数传输至变桨控制器，更新变桨控制器参数；步骤14：控制性能计算模块根据变桨控制器的桨距角指令和叶片桨距角信号计算变桨系统全工况运行过程中各项性能指标。进一步地，步骤1中所述风力发电系统的所述模态为：停泊模态、启动模态、发电模态和制动模态，所述风力发电系统在任意两个模态之间切换。进一步地，在所述停泊模态下，所述模态控制器发出变桨制动信号和停泊制动信号至所述变桨控制器，所述变桨系统切出；在所述启动模态下，所述变桨制动信号和停泊制动信号解除，所述变桨控制器根据风速和风机转速计算出控制量，将其作用于液压执行机构的比例阀，所述比例阀驱动液压缸活塞位置变化，进而改变桨距角；在所述发电模态下，变桨控制器通过风机转速和风切入角的偏差计算其输出量，利用该输出量驱动所述液压缸活塞位置变化以改变桨距角，使风机在风速变化过程中将其转速维持在额定转速附近；在所述制动模态下，所述模态控制器发出变桨制动信号，驱动液压执行器通过所述联动装置向风机叶片施加驱动力，使叶片偏转至预期位置，并通过所述联动装置的锁定使叶片保持其桨距角为-90°。进一步地，步骤4中所述时序图包括所有在基于组件的模态感知模型中出现、且参与模态切换过程的变桨系统各组件，每个组件占时序分析图的一列；在每一列上，组件的不同行为以不同的填充色表示，并按照时间顺序排列，色块长度与所述组件行为持续长度成正比；不同组件之间的通讯信号以不同颜色的有向线段表示。进一步地，所述每个组件在模态切换过程中的执行时间分为两个阶段：指导阶段和响应阶段，在指导阶段，所述每个组件接收并处理来自前一组件的指令；在执行阶段，所述每个组件进行相应的运行操作并返回当前状态。进一步地，所述变桨系统各组件在所述模态切换指导阶段和响应阶段的所耗时间为：Ttotal＝TtopTi＝T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时序分析的变桨距风机多模态运行优化控制装置，其特征在于：所述控制装置包括：人机接口单元模块、模态感知模块、时序分析模块、时序统计数据记录模块、变桨系统在线辨识模块、控制器参数优化模块、模糊自整定多模态PID控制系统模块和控制性能计算模块；所述人机接口单元模块与所述模态感知模块、时序分析模块和控制性能计算模块连接；所述模态感知模块与风力发电系统模态控制器和时序分析模块连接；所述时序分析模块与变桨系统各组件和时序统计数据记录模块连接；所述时序统计数据记录模块与变桨系统在线辨识模块连接；所述变桨系统在线辨识模块和控制器参数优化模块相连接；所述控制器参数优化模块与模糊自整定多模态PID控制系统模块连接；所述模糊自整定多模态PID控制系统模块与变桨控制器连接；所述控制性能计算模块与变桨控制器连接；所述人机接口单元模块用于数据和图像显示；所述模态感知模块用于获取所述风力发电系统当前模态信息；所述时序分析模块用于分析所述变桨系统各组件时序表现、获取所述各组件在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间并生成时序分析图；所述时序统计数据记录模块用于记录时序分析模块产生的变桨系统各组件时序统计数据，并计算出所述变桨系统在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间；所述变桨系统在线辨识模块用于获取所述变桨系统在模态切换过程中的动态特性，并推算出所述变桨系统动态模型；所述控制器参数优化模块用于计算出当前模态切换过程中所述变桨控制器最优参数；所述模糊自整定多模态PID控制系统模块用于结合当前模态和其他模态切换过程中所述变桨控制器最优参数，综合生成所述变桨控制器参数；所述控制性能计算模块用于计算所述变桨系统全工况运行过程中的性能指标；其中，所述风力发电系统包括风力发电系统模态控制器和变桨系统各组件，所述变桨系统各组件包括变桨控制器、液压执行器和联动装置。...

【技术特征摘要】
1.一种基于时序分析的变桨距风机多模态运行优化控制装置，其特征在于：所述控制装置包括：人机接口单元模块、模态感知模块、时序分析模块、时序统计数据记录模块、变桨系统在线辨识模块、控制器参数优化模块、模糊自整定多模态PID控制系统模块和控制性能计算模块；所述人机接口单元模块与所述模态感知模块、时序分析模块和控制性能计算模块连接；所述模态感知模块与风力发电系统模态控制器和时序分析模块连接；所述时序分析模块与变桨系统各组件和时序统计数据记录模块连接；所述时序统计数据记录模块与变桨系统在线辨识模块连接；所述变桨系统在线辨识模块和控制器参数优化模块相连接；所述控制器参数优化模块与模糊自整定多模态PID控制系统模块连接；所述模糊自整定多模态PID控制系统模块与变桨控制器连接；所述控制性能计算模块与变桨控制器连接；所述人机接口单元模块用于数据和图像显示；所述模态感知模块用于获取所述风力发电系统当前模态信息；所述时序分析模块用于分析所述变桨系统各组件时序表现、获取所述各组件在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间并生成时序分析图；所述时序统计数据记录模块用于记录时序分析模块产生的变桨系统各组件时序统计数据，并计算出所述变桨系统在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间；所述变桨系统在线辨识模块用于获取所述变桨系统在模态切换过程中的动态特性，并推算出所述变桨系统动态模型；所述控制器参数优化模块用于计算出当前模态切换过程中所述变桨控制器最优参数；所述模糊自整定多模态PID控制系统模块用于结合当前模态和其他模态切换过程中所述变桨控制器最优参数，综合生成所述变桨控制器参数；所述控制性能计算模块用于计算所述变桨系统全工况运行过程中的性能指标；其中，所述风力发电系统包括风力发电系统模态控制器和变桨系统各组件，所述变桨系统各组件包括变桨控制器、液压执行器和联动装置。2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述模糊自整定多模态PID控制系统模块包括：模糊整定器、可变增益参数K1和K2,其中，K1表示其他模态切换过程中所述变桨控制器最优参数；K2表示当前模态切换过程中所述变桨控制器最优参数。3.一种如权利要求1所述的控制装置的运行方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：模态感知模块从风力发电系统模态控制器中获取当前模态信息；步骤2：模态感知模块将当前模态信息传输至时序分析模块和人机接口单元模块；步骤3：时序分析模块获取变桨系统各组件时序信号；步骤4：时序分析模块根据当前模态信息和变桨系统各组件时序信号，分析变桨系统各组件时序表现、获取变桨系统各组件在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间并生成时序分析图；步骤5：时序分析模块将时序分析图传输至人机接口单元模块，将变桨系统各组件在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间传输至时序统计数据记录模块；步骤6：时序统计数据记录模块记录时序分析模块产生的各组件时序统计数据，并根据变桨系统各组件在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间计算出整个变桨系统在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间；步骤7：时序统计数据记录模块将整个变桨系统在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间传输至变桨系统在线辨识模块；步骤8：变桨系统在线辨识模块根据整个变桨系统在模态切换指导阶段和响应阶段所耗时间运算出变桨系统广义对象在模态切换过程中的动态特性，并推算出变桨系统动态模型；步骤9：变桨系统在线辨识模块将变桨系统动态模型传输至控制器参数优化模块；步骤10：控制器参数优化模块根据当前所述变桨系统动态模型计算出当前模态切换过程中变桨控制器最优参数；步骤11：控制器参...

【专利技术属性】
技术研发人员：房方，陈丽雪，李昭，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11