一種風(fēng)機(jī)調(diào)整控制參數(shù)的方法和應(yīng)用該方法的控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種風(fēng)機(jī)調(diào)整控制參數(shù)的方 法和應(yīng)用該方法的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)風(fēng)力資源非常豐富，已探明的風(fēng)能理論儲(chǔ)量為32. 26億千瓦，且風(fēng)能屬于清 潔綠色能源，因此獲得我國(guó)政府大力支持。風(fēng)力發(fā)電的原理是捕獲風(fēng)中的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成為 電能。但是由于風(fēng)速的變化會(huì)直接改變風(fēng)電機(jī)組的葉片旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)其變化較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致 風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行額定發(fā)電時(shí)輸出的功率波動(dòng)較大，影響風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電質(zhì)量和風(fēng)機(jī)本身的安 全。
[0003] 因此，風(fēng)力發(fā)電的變獎(jiǎng)控制系統(tǒng)是風(fēng)電機(jī)組的核屯、技術(shù)之一，也是風(fēng)電機(jī)組安全 運(yùn)行的必要條件。而變獎(jiǎng)控制器參數(shù)的設(shè)計(jì)通常取決于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)調(diào)整控制參 數(shù)尤其是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)缺乏足夠的理論。當(dāng)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只能通過(guò) 大量的仿真試驗(yàn)，形成資源的浪費(fèi)；同時(shí)，當(dāng)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，由于缺乏足夠的信 息，容易使得控制參數(shù)穩(wěn)定裕度不足，產(chǎn)生安全隱患。
[0004] 由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電的變獎(jiǎng)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、方法與使用上，顯然仍存 在有不便與缺陷，而亟待加W進(jìn)一步改進(jìn)。如何能創(chuàng)設(shè)一種新的風(fēng)機(jī)調(diào)整控制參數(shù)的方法 和應(yīng)用該方法的控制系統(tǒng)，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于數(shù)學(xué)模型的風(fēng)機(jī)調(diào)整控制參數(shù)的方法， 使其針對(duì)不同工況找出合適的控制參數(shù)調(diào)整方法，從而克服現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電的變獎(jiǎng)控制系 統(tǒng)的不足。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種風(fēng)機(jī)調(diào)整控制參數(shù)的方法，包括如下步驟：
[0007] (1)通過(guò)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，給出不同風(fēng)速下風(fēng)機(jī)線性化數(shù)學(xué)模型；
[0008] (2)將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為反饋信號(hào)，設(shè)計(jì)反饋控制器，所述控制器數(shù)學(xué)模型為：0 = kp6+ki/e化，其中，kp為比例控制器系數(shù)，ki為積分控制器系數(shù)，e為實(shí)際發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與 額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的差值，0為變獎(jiǎng)角度；
[0009]做設(shè)定kp與k1的取值范圍，通過(guò)時(shí)域與頻域的仿真分析，獲得控制參數(shù)取值范 圍內(nèi)不同風(fēng)速下風(fēng)機(jī)的全部響應(yīng)特性；
[0010] (4)通過(guò)比較不同風(fēng)速下風(fēng)機(jī)的全部響應(yīng)特性，計(jì)算相關(guān)函數(shù)，將強(qiáng)相關(guān)性的相應(yīng) 風(fēng)速風(fēng)機(jī)特性進(jìn)行合并；
[0011] (5)根據(jù)步驟（4)的合并結(jié)果，將風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)分類(lèi)，并根據(jù)不同工作狀態(tài)相對(duì) 應(yīng)的響應(yīng)特性得出合適的控制參數(shù)調(diào)整方法。
[0012] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟（1)中不同風(fēng)速下風(fēng)機(jī)線性化數(shù)學(xué)模型公式 為： _____,fx = Ax + Bu 陽(yáng)ouMy二Cx
[0014] 其中，A為風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)矩陣，B為風(fēng)電機(jī)組的輸入系數(shù)矩陣，C為風(fēng)電機(jī)組的輸出 系數(shù)矩陣，X為風(fēng)電機(jī)組的狀態(tài)變量，y為風(fēng)電機(jī)組的輸出變量。
[0015] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述數(shù)學(xué)模型公式可簡(jiǎn)化為單入單出形式，其中輸入為獎(jiǎng)距角，輸出 為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0016] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟（3)中風(fēng)機(jī)的全部響應(yīng)特性包括控制系統(tǒng)上升時(shí)間、超調(diào) 量、穩(wěn)定時(shí)間和幅值裕度。
[0017] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟（4)中包括：通過(guò)計(jì)算相鄰兩組風(fēng)速對(duì)應(yīng)的特性曲線相關(guān) 系數(shù)來(lái)劃分工況，所述強(qiáng)相關(guān)性是指相關(guān)度大于0. 7。
[0018] 本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述風(fēng)機(jī)調(diào)整控制參數(shù)方法的控制系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速 信號(hào)采集機(jī)構(gòu)和變獎(jiǎng)控制機(jī)構(gòu)，
[0019] 所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集機(jī)構(gòu)與風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)連接，用于采集發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 數(shù)據(jù)，并將采集到的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)傳送給變獎(jiǎng)控制機(jī)構(gòu)；
[0020] 所述變獎(jiǎng)控制機(jī)構(gòu)應(yīng)用所述風(fēng)機(jī)調(diào)整控制參數(shù)方法，用于調(diào)整合適的控制參數(shù)， 并計(jì)算和輸出葉片變獎(jiǎng)角度。
[0021] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集機(jī)構(gòu)包括光電編碼器和轉(zhuǎn)速濾波器，所述 光電編碼器的輸入端與所述發(fā)電機(jī)連接，其輸出端與轉(zhuǎn)速濾波器的輸入端連接，所述轉(zhuǎn)速 濾波器的輸出端與變獎(jiǎng)控制機(jī)構(gòu)連接。
[0022] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述變獎(jiǎng)控制機(jī)構(gòu)包括PI控制器，所述PI控制器與所述轉(zhuǎn)速濾波器 的輸出端連接。
[0023] 采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] 本發(fā)明風(fēng)機(jī)調(diào)整控制參數(shù)的方法是基于風(fēng)機(jī)全部設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型，具有 可靠的理論依據(jù)；但又不僅依賴于數(shù)學(xué)模型，通過(guò)比較不同風(fēng)速下風(fēng)機(jī)的全部響應(yīng)特性，對(duì) 風(fēng)機(jī)工況進(jìn)行分類(lèi)，W及對(duì)相應(yīng)工況進(jìn)行定性的控制參數(shù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)控制 參數(shù)時(shí)的工作量，對(duì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)W及現(xiàn)場(chǎng)控制參數(shù)調(diào)整具有重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，W下 結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0026] 圖1是在不同風(fēng)速下獲得系統(tǒng)響應(yīng)特性曲線的流程圖；
[0027] 圖2是低風(fēng)速段風(fēng)機(jī)的響應(yīng)特性曲線；
[0028] 圖3是中風(fēng)速段風(fēng)機(jī)的響應(yīng)特性曲線；
[0029] 圖4是高風(fēng)速段風(fēng)機(jī)的響應(yīng)特性曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 參照附圖1所示，本發(fā)明一種基于數(shù)學(xué)模型的風(fēng)機(jī)調(diào)整控制參數(shù)的方法，包括如 下步驟：
[0031] (1)通過(guò)風(fēng)機(jī)全部的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，給出不同風(fēng)速下的風(fēng)機(jī)線性化數(shù)學(xué)模型；
[0032]首先，通過(guò)風(fēng)機(jī)全部的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，包括：葉片、輪穀、主軸、塔筒、傳動(dòng)鏈、機(jī)艙的特 性信息，在不同風(fēng)速下建立風(fēng)電機(jī)組的線性化數(shù)學(xué)模型，由下列公式描述： r 1 (X二Ax + Bu 陽(yáng)的引b'二Cx
[0034] 其中，A為風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)矩陣，B為風(fēng)電機(jī)組的輸入系數(shù)矩陣，C為風(fēng)電機(jī)組的輸出 系數(shù)矩陣，X為風(fēng)電機(jī)組的狀態(tài)變量，y為風(fēng)電機(jī)組的輸出變量。并將該數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化為單 入單出的形式，其中輸入為獎(jiǎng)距角，輸出為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0035] (2)將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為反饋信號(hào)，設(shè)計(jì)反饋控制器，如在回路中加入PI控制器，構(gòu) 成閉環(huán)反饋控制回路。其中，控制器數(shù)學(xué)模型為：
[0036] 白=kp6+ki/edt
[0037]其中，kp為比例控制器系數(shù)，k1為積分控制器系數(shù)，e為實(shí)際發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與額定發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)速的差值，0為變獎(jiǎng)角度。
[0038] (3)設(shè)定kp與ki的取值范圍，通過(guò)時(shí)域與頻域的仿真分析，獲得控制參數(shù)取值范圍 內(nèi)不同風(fēng)速下風(fēng)機(jī)的全部響應(yīng)特性，如控制系統(tǒng)上升時(shí)間、超調(diào)量、穩(wěn)定時(shí)間與幅值裕度。
[0039] (4)通過(guò)比較不同風(fēng)速下風(fēng)機(jī)的全部響應(yīng)特性，計(jì)算相關(guān)函數(shù)，將強(qiáng)相關(guān)性的相應(yīng) 風(fēng)速風(fēng)機(jī)特性進(jìn)行合并。
[0040]通過(guò)計(jì)算相鄰兩組風(fēng)速對(duì)應(yīng)的特性曲線相