CN113848698A - 一种桨距控制器的增量式pid动态调节控制方法 - Google Patents
一种桨距控制器的增量式pid动态调节控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113848698A CN113848698A CN202111164051.4A CN202111164051A CN113848698A CN 113848698 A CN113848698 A CN 113848698A CN 202111164051 A CN202111164051 A CN 202111164051A CN 113848698 A CN113848698 A CN 113848698A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gain
- adjustment
- coefficient
- incremental pid
- generator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
一种桨距控制器的增量式PID动态调节控制方法,步骤如下:1)设定启用动态调节的转速门限系数KGain,比例项的增益系数KP_Gain,积分项的增益系数KI_Gain,基础的比例系数Kp,基础的积分系数Ki,基础的微分系数Kd=0;2)根据发电机滤波转速GFilter和发电机参考转速值GReference进行计算;3)根据调节系数计算比例项调节增益和积分项调节增益;4)以PGain与Kp的乘积PGainKp作为增量式PID的比例系数,以IGain与Ki的乘积IGainKi作为增量式PID的积分系数,并以Kd作为增量式PID的微分系数,由增量式PID控制得到调整量ΔukTs;5)根据步骤4)的调整量ΔukTs计算输出变桨角度ukTs;其能抑制风电机组在极端风况下出现发电机转速超速,减少由于发电机超速停机导致的发电量损失。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域,特别涉及一种桨距控制器的增量式PID动态调节控制方法。
背景技术
随着低风速、低成本风电机组的开发,机组风轮的直径不断增加,风电机组的塔架在满足设计要求的前提下也不断的轻量化,因此需要对风轮加以有效控制以减低载荷。
目前,现有的桨距控制器中通常采用普通数字增量式PID控制算法,由于普通数字增量式PID控制算法中的比例系数Kp和积分系数Ki均为固定的常数,因此,加入微分系数Kd必然会引起系统的振荡。在风电机组的实际运行环境中,尤其是极端风况下,风速风向在短时间内会发生很大变化,若桨距控制器单纯依靠普通数字增量式PID控制算法,在误差突变的时候很难在短时间有效调节桨距,从而会导致风力发电机超速停机,影响风电机组的发电量,而且,由于风电机组在极端风况下存在较大的偏航误差角,因此,在停机过程中,还可能会出现轮毂和偏航不平衡而导致的极限载荷,容易导致风电机组的零部件损坏。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种桨距控制器的增量式PID动态调节控制方法,其能抑制风电机组在极端风况下出现发电机转速超速,减少由于发电机超速停机导致的发电量损失。
本发明的技术方案是:一种桨距控制器的增量式PID动态调节控制方法,步骤如下:
1)设定参数值:根据风电机组的规格和风电机组所处风场的环境,设定启用动态调节的转速门限系数KGain,比例项的增益系数KP_Gain,积分项的增益系数KI_Gain,基础的比例系数Kp,基础的积分系数Ki,基础的微分系数Kd=0;
2)计算调节系数:根据传感器采集的发电机滤波转速GFilter和发电机参考转速值GReference进行计算,
U2=0
U3=GFilter-(1+0.01×KGain)×GReference
式中,U1表示启用动态调节的调节系数,U2表示不启用动态调节的调节系数,U3为U1、U2的选择条件;
3)计算调节增益:根据步骤2)的调节系数计算比例项调节增益和积分项调节增益,
式中,PGain表示比例项调节增益,IGain表示积分项调节增益;
4)增量式PID动态调节控制:以PGain与Kp的乘积PGainKp作为增量式PID的比例系数,以IGain与Ki的乘积IGainKi作为增量式PID的积分系数,并以Kd作为增量式PID的微分系数,由增量式PID控制得到调整量ΔukTs;
5)输出变桨角度:根据步骤4)的调整量ΔukTs计算输出变桨角度:
式中,ukTs表示k时刻的变桨角度,u(k-1)Ts表示k-1时刻的变桨角度。
进一步的,步骤4)按以下公式进行增量式PID控制:
式中,ΔukTs表示增量式PID算法计算出的调整量;
ekTs表示k时刻发动机滤波转速与目标转速的差值;
e(k-1)Ts表示k-1时刻发动机滤波转速与目标转速的差值;
e(k-2)Ts表示k-2时刻发动机滤波转速与目标转速的差值;
α表示不完全微分系数;
Ts表示采样周期,D(k-1)Ts表示第k-1时刻的微分项。
进一步的,步骤5)中根据风电机组的最大变桨速度限制ΔukTs的幅值。
采用上述技术方案:通过对比例系数和微分系数进行动态调节,实现对增量式PID控制的动态调节,采用闭环控制使风电机组能在风速风向短时间突变工况下有效抑制发电机转速超速,从而避免出现轮毂和偏航不平衡而导致极限载荷情况,降低风电机组的机械载荷,尤其是能在极端风况下,能避免转速超限对发电机、齿轮箱、传动链、塔架等部件带来极限冲击;同时,减少由于发电机超速停机导致的发电量损失,提高风电机组的发电量;而且,可以根据发电机的超调量大小实现增量式PID控制中比例系数和积分系数的动态调整,降低塔架底部和塔架顶部的极限载荷。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的流程图;
图2为本发明实施例的风电机组所处风场的风速风向图;
图3为本发明实施例的风电机组的发电机转速对比图;
图4为本发明实施例的风电机组的变桨速度对比图;
图5为本发明实施例的风电机组的桨角对比图;
图6为本发明实施例的风电机组的塔架底部前后推力、左右推力的合力对比图;
图7为本发明实施例的风电机组的塔架顶部前后推力、左右推力的合力对比图;
图8为本发明实施例的风电机组的功率对比图;
图9为本发明实施例的比例系数和积分系数的动态调节图。
具体实施方式
参见图1至图9,一种桨距控制器的增量式PID动态调节控制方法的实施例,本实施例所采用的风电机组的基础数据如下表所示:
额定功率 | 5.0MW |
切入风速 | 3m/s |
额定风速 | 10.5m/s |
切除风速 | 25m/s |
叶片数 | 3 |
风轮直径 | 171m |
塔架高度 | 104m |
控制方式 | 变速变桨 |
齿轮箱变速比 | 120.73 |
发电机类型 | 双馈发电机 |
变桨速率 | -6~6°/s |
并网转速 | 650RPM |
额定转速 | 1212RPM |
转速保护限值N<sub>4</sub> | 1345RPM |
转速保护限值N<sub>A</sub> | 1382RPM |
按以下步骤对风电机组的变桨角度进行增量式PID动态调节控制:
1)设定参数值:根据风电机组的规格和风电机组所处风场的环境,设定启用动态调节的转速门限系数KGain,比例项的增益系数KP_Gain,积分项的增益系数KI_Gain,基础的比例系数Kp,基础的积分系数Ki,基础的微分系数Kd=0,以上参数均通过经验和实验设置,在使用中可实际情况进行修改。
2)计算调节系数:根据传感器采集的发电机滤波转速GFilter和发电机参考转速值GReference进行计算,
U2=0
U3=GFilter-(1+0.01×KGain)×GReference
式中,U1表示启用动态调节的调节系数,U2表示不启用动态调节的调节系数,U3为U1、U2的选择条件。
3)计算调节增益:根据步骤2)的调节系数计算比例项的调节增益和积分项的调节增益:
式中,PGain表示比例项的调节增益,IGain表示积分项的调节增益;
由上式可知,若U3>0,根据调节系数U1与KP_Gain计算出比例项的调节增益,并根据调节系数U1与KI_Gain计算出积分项的调节增益;若U3≤0,由于调节系数U2等于0,则PGain和IGain均为1,此时不需要启用动态调节,直接进行常规的增量式PID控制。
4)增量式PID控制:以PGain与Kp的乘积PGainKp作为增量式PID的比例系数,以IGain与Ki的乘积IGainKi作为增量式PID的积分系数,并以Kd作为增量式PID的微分系数;
由于比例项的调节增益PGain和积分项的调节增益IGain均是随发电机滤波转速实时变化的动态值,两者可以快速响应发电机转速的变化,从而及时调整增量式PID控制中比例系数的值和积分系数的值,使比例系数和积分系数均是可变值,且能快速响应发电机的转速变化,由此实现对增量式PID控制的比例系数和积分系数的动态调节;
本实施例根据风电机组的规格和所处风场的环境,设置GReference=1212RPM,KGain=1.5,KP_Gain=60,KI_Gain=30,计算出动态调节下的比例系数和积分系数,如图9所示。
然后,按以下公式进行增量式PID控制得到调整量ΔukTs:
式中,ΔukTs表示增量式PID算法计算出的调整量;
ekTs表示k时刻发动机滤波转速与目标转速的差值;
e(k-1)Ts表示k-1时刻发动机滤波转速与目标转速的差值;
e(k-2)Ts表示k-2时刻发动机滤波转速与目标转速的差值;
Ts表示采样周期,本实施例的采样周期为10ms;
α表示不完全微分系数;
D(k-1)Ts表示第k-1时刻的微分项。
5)计算变桨角度:根据风电机组的最大变桨速度限制ΔukTs的幅值,将ΔukTs的幅值限制在最大变桨速度的范围内,避免调节后的变桨速度超过发电机的最大承受范围,起到保护发电机的作用,本实施例的最大变桨速度为-6~6°/s,因此本实施例限制ΔukTs的幅值在-0.06~0.06之间,然后由调整量ΔukTs按以下公式计算输出的变桨角度,该变桨角度用于输出给桨距控制器,使桨距控制器控制风电机组以这个输出的变桨角度运行:
式中,ukTs表示k时刻的变桨角度,u(k-1)Ts表示k-1时刻的变桨角度。
本实施例的风电机组在极端风况下,按以上方法进行增量式PID动态调节控制后的结果如下:
1.如图3所示,采用本发明的控制方法,风电机组的发电机转速明显改善,能有效避免发电机转速超限停机。
2.如图4所示,变桨速度明显增加,以及如图5所示,叶片角度随变桨速度的增加而增大,使风电机组的叶片快速收桨,从而让风轮吸收的风能减少,由此减小为发电机运行提供的能量,达到避免发电机超速停机的目的。
3.如图6所示,采用本发明的控制方法,通过风电机组的塔架底部前后推力、左右推力的合力,能够得出塔架底部极限载荷降低约3.3%。
4.如图7所示,采用本发明的控制方法,风电机组的塔架顶部前后推力、左右推力的合力,能够得出塔架顶部极限载荷降低约12%。
5.如图8所示,采用本发明的控制方法,由于风电机组的发电机转速没有超限,因此即使在极端风况下仍然能够持续发电,从而提高风电机组的发电量和发电效果。
本发明通过增量式PID控制的比例系数和积分系数进行动态调节,实现对增量式PID控制的动态调节,采用闭环控制,使风电机组能在风速风向短时间突变工况下有效抑制发电机转速超速,从而避免出现轮毂和偏航不平衡而导致极限载荷情况,降低风电机组的机械载荷,尤其是能在极端风况下,能有效避免转速超限对发电机、齿轮箱、传动链、塔架等部件带来极限冲击。而且,采用本控制方法,即使在极端风况下,仍然能使风电机组持续发电,减少由于发电机超速停机导致的发电量损失,提高风电机组的发电量和发电效果;此外,还可以根据发电机的超调量大小实现增量式PID控制中比例系数和积分系数的动态调整,使比例系数和积分系数快速响应发电机的转速变化,降低塔架底部和塔架顶部的极限载荷。
Claims (3)
1.一种桨距控制器的增量式PID动态调节控制方法,其特征在于步骤如下:
1)设定参数值:根据风电机组的规格和风电机组所处风场的环境,设定启用动态调节的转速门限系数KGain,比例项的增益系数KP_Gain,积分项的增益系数KI_Gain,基础的比例系数Kp,基础的积分系数Ki,基础的微分系数Kd=0;
2)计算调节系数:根据传感器采集的发电机滤波转速GFilter和发电机参考转速值GReference进行计算,
U2=0
U3=GFilter-(1+0.01×KGain)×GReference
式中,U1表示启用动态调节的调节系数,U2表示不启用动态调节的调节系数,U3为U1、U2的选择条件;
3)计算调节增益:根据步骤2)的调节系数计算比例项调节增益和积分项调节增益,
式中,PGain表示比例项调节增益,IGain表示积分项调节增益;
4)增量式PID动态调节控制:以PGain与Kp的乘积PGainKp作为增量式PID的比例系数,以IGain与Ki的乘积IGainKi作为增量式PID的积分系数,并以Kd作为增量式PID的微分系数,由增量式PID控制得到调整量ΔukTs;
5)输出变桨角度:根据步骤4)的调整量ΔukTs计算输出变桨角度:
式中,ukTs表示k时刻的变桨角度,u(k-1)Ts表示k-1时刻的变桨角度。
3.根据权利要求1所述的桨距控制器的增量式PID动态调节控制方法,其特征在于:步骤5)中根据风电机组的最大变桨速度限制ΔukTs的幅值。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111164051.4A CN113848698B (zh) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 一种桨距控制器的增量式pid动态调节控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111164051.4A CN113848698B (zh) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 一种桨距控制器的增量式pid动态调节控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113848698A true CN113848698A (zh) | 2021-12-28 |
CN113848698B CN113848698B (zh) | 2024-04-05 |
Family
ID=78977461
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111164051.4A Active CN113848698B (zh) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 一种桨距控制器的增量式pid动态调节控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113848698B (zh) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080111514A1 (en) * | 2004-01-28 | 2008-05-15 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Servo Control Apparatus |
CN103184972A (zh) * | 2011-12-30 | 2013-07-03 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 兆瓦级异步双馈风机转矩/桨距控制器参数自整定方法 |
CN105508135A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-04-20 | 沈阳华创风能有限公司 | 一种基于模糊前馈与模糊pid控制结合的变桨控制方法 |
CN108757191A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-11-06 | 天津捷强动力装备股份有限公司 | 发电系统发动机转速控制方法 |
US20200343841A1 (en) * | 2019-04-23 | 2020-10-29 | Accelerated Systems Inc. | Methods and systems for controlling electric motors |
CN112196735A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-08 | 重庆科凯前卫风电设备有限责任公司 | 基于双馈风力发电机组的变桨控制方法 |
-
2021
- 2021-09-30 CN CN202111164051.4A patent/CN113848698B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080111514A1 (en) * | 2004-01-28 | 2008-05-15 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Servo Control Apparatus |
CN103184972A (zh) * | 2011-12-30 | 2013-07-03 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 兆瓦级异步双馈风机转矩/桨距控制器参数自整定方法 |
CN105508135A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-04-20 | 沈阳华创风能有限公司 | 一种基于模糊前馈与模糊pid控制结合的变桨控制方法 |
CN108757191A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-11-06 | 天津捷强动力装备股份有限公司 | 发电系统发动机转速控制方法 |
US20200343841A1 (en) * | 2019-04-23 | 2020-10-29 | Accelerated Systems Inc. | Methods and systems for controlling electric motors |
CN112196735A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-08 | 重庆科凯前卫风电设备有限责任公司 | 基于双馈风力发电机组的变桨控制方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
晏剑辉 等: "全文", 自动化与仪器仪表, 31 December 2009 (2009-12-31), pages 19 - 21 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113848698B (zh) | 2024-04-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2107236B1 (en) | Method of damping tower vibrations of a wind turbine and control system for wind turbines | |
US8013460B2 (en) | Method and apparatus for controlling noise levels of a turbine with minimal loss in energy yield | |
US9476407B2 (en) | Method of operating a wind turbine | |
US7351033B2 (en) | Wind turbine load control method | |
EP2492499B1 (en) | Wind-turbine control methods for improving power production | |
CN112196735B (zh) | 基于双馈风力发电机组的变桨控制方法 | |
US20100040468A1 (en) | Method Of Operating A Wind Turbine, A Wind Turbine And A Cluster Of Wind Turbines | |
EP2582973A2 (en) | Control method for a wind turbine | |
GB2466649A (en) | Floating wind turbine blade pitch controller based on rotor and tower speeds | |
EP1442216A1 (en) | Rotor with extendable blades and control criteria therefor | |
CN113518860A (zh) | 用于运行风能设备的方法、调节器结构、风能设备和风电场 | |
CN102767475A (zh) | 确定风力涡轮机桨距角调整信号的方法和计算模块 | |
CN103527405A (zh) | 一种双馈式风力发电机组变桨距控制方法 | |
CN112523941B (zh) | 一种防止风力发电机组超速的控制方法与模块 | |
CN112236594A (zh) | 用于运行风能设备的方法 | |
WO2013010332A1 (en) | Method of operating wind turbine and controller thereof | |
CN109578203B (zh) | 风力发电机组极端工况下的主动降载控制方法及装置 | |
CN113848698A (zh) | 一种桨距控制器的增量式pid动态调节控制方法 | |
CN115182844B (zh) | 一种变速风力发电机组有界ude转矩控制方法 | |
CN114151276A (zh) | 一种偏心型半潜式漂浮风电机组控制系统 | |
JP2019143584A (ja) | 風力発電装置とその制御方法 | |
CN114000976B (zh) | 一种风力发电机组桨距控制器的附加比例项增量式pid控制方法 | |
JP6997049B2 (ja) | 風力発電装置とその制御方法 | |
CN109861252B (zh) | 基于自重置积分器的双馈风电机组参与电网调频控制方法 | |
EP3631583B1 (en) | Method and system for using logarithm of power feedback for extremum seeking control |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |