一種pid控制系統(tǒng)及風電場群功率控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及風電發(fā)電領域，尤其涉及一種PID控制系統(tǒng)及風電場群功率控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著國內外風電場裝機比例大幅增多，實現整個風電場出力可控穩(wěn)定運行日益重要，國家電網在《風電場接入電網技術規(guī)定》中規(guī)定風電場要并網必須具備群控風電場功率的能力，并且對功率的調節(jié)速率有硬性的要求。目前國內外各個主流風機廠家風電場功率控制系統(tǒng)多采用停機算法或者平均分配限功率算法，這些算法控制響應速率慢，控制誤差較大，無法很好地實時跟蹤電網指令要求，此外，還有一種優(yōu)先級分組算法，此算法與停機和平均分配算法相比，雖然控制誤差和控制速率稍有改善，但還是無法快速實時跟蹤電網指令要求，無法滿足國家電網及各個省份電網不同要求。
[0003]參照附圖1，傳統(tǒng)PID(Proport1nIntegrat1n Differentiat1n)比例、積分、微分控制算法是工業(yè)控制中最常用的一種算法，主要包括設計對象理想值1、PID算法控制器
2、被控對象3，其中設計對象理想值I為系統(tǒng)的理想控制目標值，被控對象3主要是指被控制系統(tǒng)的傳遞函數，PID算法控制器2主要包括微分調節(jié)模塊2-1、比例調節(jié)模塊2-2、積分調節(jié)模塊2-3，但由于此算法敏感于參數變化，并且超調量較大，有較強的振蕩曲線，因此無法直接將此算法引用到風電場群功率控制系統(tǒng)中。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服以上缺陷，提供一種控制精度高且便于靈活調節(jié)控制速率的PID控制系統(tǒng)及風電場群功率控制方法。
[0005]本發(fā)明的技術方案是，一種PID控制系統(tǒng)，其包括微分調節(jié)模塊、比例調節(jié)模塊、積分調節(jié)模塊，還包括積分啟動模塊，所述積分啟動模塊為積分調節(jié)模塊的的觸發(fā)條件，即當系統(tǒng)功率實際控制性能指標ITAE與系統(tǒng)理想功率控制性能指標差值ITAEideaI小于一個設定的常數量cons tant時，積分調節(jié)模塊才能啟動。
[0006]優(yōu)選的，所述常數量constant是根據系統(tǒng)功率的控制精度來設定的。
[0007]—種風電場群功率控制方法，其包括以下步驟:
步驟1、依據臨界比例算法Z-N整定公式給系統(tǒng)的比例系數Kp和微分系數Kd賦值，即比例調節(jié)模塊進行比例調節(jié)和微分調節(jié)模塊進行微分調節(jié)；
步驟2、建立系統(tǒng)運行的轉速-功率傳遞函數；
步驟3、設定系統(tǒng)理想功率控制性能指標ITAEideai和常數量constant;
步驟4:當系統(tǒng)功率實際控制性能指標ITAE與設定系統(tǒng)理想功率控制性能指標ITAEideal差值小于常數量constant時，則進入步驟5，否則返回步驟I;
步驟5、積分啟動模塊啟動，依據臨界比例算法Z-N整定公式給系統(tǒng)的積分系數K1賦值，即積分調節(jié)模塊進行積分調節(jié)；
步驟6、重復以上步驟，當實際性能指標值ITAE在給定的時間段達到穩(wěn)定時，則控制結束，否則返回至步驟I。
[0008]優(yōu)選的，所述常數量constant是根據系統(tǒng)功率的控制精度來設定的。
[0009]本發(fā)明的有益技術效果是，由于采用PID算法對系統(tǒng)功率進行調節(jié)，從而便于靈活調節(jié)系統(tǒng)的控制速率，增加了積分啟動模塊，只有當當系統(tǒng)功率實際控制性能指標ITAE與設定系統(tǒng)理想功率控制性能指標ITAEideaI差值小于常數量constant時，才會啟動積分模塊，從而提尚了系統(tǒng)的控制精度。
【附圖說明】
[0010]圖1為傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)示意圖；
圖2為新算法PID控制系統(tǒng)示意圖；
圖3為新算法PID控制策略流程圖；
圖4為系統(tǒng)辨識策略流程圖。
具體實施方案
[0011]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0012]參照附圖2，本發(fā)明實施例的一種PID控制系統(tǒng)，其主要包括功率控制給定值4、新PID算法控制器5、被控對象6，所述功率控制給定值4為整個風電場功率控制的目標值，所述被控對象6為傳遞函數，新PID算法控制器5包括微分調節(jié)模塊2-1、比例調節(jié)模塊2-2、積分調節(jié)模塊2-3、積分啟動模塊5-1，所述積分啟動模塊5-1為積分調節(jié)模塊2-3的的觸發(fā)條件，即當系統(tǒng)功率實際控制性能指標ITAE與系統(tǒng)理想功率控制性能指標差值ITAEideaI小于一個設定的常數量constant時，積分調節(jié)模塊5_1才能啟動，所述常數量constant是根據系統(tǒng)功率的控制精度來設定的。
[0013 ]參考附圖3，一種風電場群功率控制方法，其包括以下步驟:
步驟1、依據臨界比例算法Z-N整定公式給系統(tǒng)的比例系數Kp和微分系數Kd賦值，即比例調節(jié)模塊2-2進行比例調節(jié)和微分調節(jié)模塊2-1進行微分調節(jié)；
步驟2、建立系統(tǒng)運行的轉速-功率傳遞函數，參照附圖4，本發(fā)明中，采用辨識策略對風機進行建模，最終確定被控對象的傳遞函數，具體包括以下步驟:
步驟2-1、通過SCADA(Supervisory Control And Data Acquisit1n)數據米集系統(tǒng)從實時運行的南方與北方兩個區(qū)域風電場分多次采集大于5000個轉速和功率實時--對應的數據點，多次輸入到MATLAB辨識模型工具箱中進行訓練；
步驟2-2、建模初期，選用ARX模型、BJ模型、OE輸出誤差模型等多個模型分別多次進行辨識訓練，觀察多個模式辨識的輸入輸出結果；
步驟2-3、通過對比多個模型辨識輸入輸出結果，ARX模型與原始數據輸入模型最為接近，選定辨識度最高ARX模型做試用辨識模型；
步驟2-4、利用LS(the least squares solut1n algorithm)最小二乘解算法估計辨識模型的結構參數，確定試用傳遞函數；
步驟2-5、將大幅值的擾動信號作為輸入，將試用傳遞函數與轉速通過模型驗證工具方法進行驗證，計算多次信號輸入的損失函數，根據損失函數對比預測模型輸出結果與風電場實際運行結果，最終選擇無論風電場實際變換如何，該傳遞函數都適用的函數，最終將此傳遞函數做為系統(tǒng)被控對象的傳遞函數參與到附圖3的新算法PID風電場群控制系統(tǒng)中； 步驟3、設定系統(tǒng)理想功率控制性能指標ITAEideai和常數量constant;
步驟4:當系統(tǒng)功率實際控制性能指標ITAE與設定系統(tǒng)理想功率控制性能指標ITAEideaI差值小于常數量constant時，則進入步驟5，否則返回步驟I;
步驟5、積分啟動模塊5-1啟動，依據臨界比例算法Z-N整定公式給系統(tǒng)的積分系數1賦值，即積分調節(jié)模塊2-3進行積分調節(jié)；；
步驟6、重復以上步驟，在M A T L A B中觀察系統(tǒng)的功率控制給定值曲線與該系統(tǒng)輸出曲線，在給定時間內，這兩條曲線極為接近時，并且當實際性能指標值ITAE也在給定的時間段達到穩(wěn)定時，則控制結束，否則返回至步驟I。
【主權項】
1.一種PID控制系統(tǒng)，其包括微分調節(jié)模塊、比例調節(jié)模塊、積分調節(jié)模塊，其特征在于，還包括積分啟動模塊，所述積分啟動模塊為積分調節(jié)模塊的的觸發(fā)條件，即當系統(tǒng)功率實際控制性能指標ITAE與系統(tǒng)理想功率控制性能指標差值ITAEldeal小于一個設定的常數量constant時，積分調節(jié)模塊才能啟動。2.根據權利要求1所述的一種PID控制系統(tǒng)，其特征在于，所述常數量constant是根據系統(tǒng)功率的控制精度來設定的。3.一種風電場群功率控制方法，其特征在于，其包括以下步驟: 步驟1、依據臨界比例算法Z-N整定公式給系統(tǒng)的比例系數Kp和微分系數Kd賦值，即比例調節(jié)模塊進行比例調節(jié)和微分調節(jié)模塊進行微分調節(jié)； 步驟2、建立系統(tǒng)運行的轉速-功率傳遞函數； 步驟3、設定系統(tǒng)理想功率控制性能指標ITAEideai和常數量constant; 步驟4:當系統(tǒng)功率實際控制性能指標ITAE與設定系統(tǒng)理想功率控制性能指標ITAEideaI差值小于常數量constant時，則進入步驟5，否則返回步驟I; 步驟5、積分啟動模塊啟動，依據臨界比例算法Z-N整定公式給系統(tǒng)的積分系數K1賦值，即積分調節(jié)模塊進行積分調節(jié)； 步驟6、重復以上步驟，當實際性能指標值ITAE在給定的時間段達到穩(wěn)定時，則控制結束，否則返回至步驟I。4.根據權利要求3所述的一種風電場群功率控制方法，其特征在于，所述常數量constant是根據系統(tǒng)功率的控制精度來設定的。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種PID控制系統(tǒng)，其包括微分調節(jié)模塊、比例調節(jié)模塊、積分調節(jié)模塊、積分啟動模塊，所述積分啟動模塊為積分調節(jié)模塊的觸發(fā)條件，即當系統(tǒng)功率實際控制性能指標ITAE與系統(tǒng)理想功率控制性能指標差值ITAEideal小于一個設定的常數量constant時，積分調節(jié)模塊才能啟動。本發(fā)明由于增加了積分啟動模塊，只有當當系統(tǒng)功率實際控制性能指標ITAE與設定系統(tǒng)理想功率控制性能指標ITAEideal差值小于常數量constant時，才會啟動積分模塊，從而提高了系統(tǒng)的控制精度。本發(fā)明還涉及一種風電場群功率控制方法。
【IPC分類】G05B11/42
【公開號】CN105527836
【申請?zhí)枴緾N201510974091
【發(fā)明人】趙巧紅, 曾毅, 熊弦, 周武喜, 劉翌
【申請人】湘電風能有限公司
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年12月23日