專利名稱：兆瓦級(jí)異步雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩/槳距控制器參數(shù)自整定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兆瓦級(jí)異步雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩/槳距控制參數(shù)自整定控制方法。
背景技術(shù)：
近年來，我國(guó)風(fēng)電行業(yè)發(fā)展迅猛。截至2010年底，新增風(fēng)電裝機(jī)超過1600萬千瓦，累計(jì)裝機(jī)容量突破4000萬千瓦，雙居世界第一。根據(jù)所選發(fā)電機(jī)形式的不同分類，風(fēng)機(jī)可分為同步雙饋機(jī)型、直驅(qū)機(jī)型和半直驅(qū)機(jī)型。同時(shí)，雙饋發(fā)電機(jī)以其自身特有的優(yōu)勢(shì)而成為裝機(jī)的主要機(jī)型，但雙饋機(jī)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)也存在風(fēng)速應(yīng)用范圍窄而導(dǎo)致發(fā)電效率不高的問題。目前異步雙饋發(fā)電機(jī)型的轉(zhuǎn)矩控制策略普遍采用通過測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之后查詢符合最佳葉尖速比的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線表，以得到轉(zhuǎn)矩控制量的方法。其控制理論基礎(chǔ)是風(fēng)機(jī)工作在最佳葉尖速比時(shí)可捕獲最大的風(fēng)能，但由于其控制方式是簡(jiǎn)單的開環(huán)控制方式，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩環(huán)控制不夠精確，也使得風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況通常偏離最佳葉尖速比曲線，以致風(fēng)機(jī)發(fā)電效率降低。槳距控制普遍采用PID控制策略，PID控制器雖然在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中得到了大量的應(yīng)用。但由于風(fēng)機(jī)的非線性特性使得變槳控制器的PID參數(shù)整定十分困難，致使風(fēng)機(jī)常常在受到外界擾動(dòng)時(shí)不能及時(shí)調(diào)整而工作于不穩(wěn)定狀態(tài)，這往往是風(fēng)機(jī)振動(dòng)的主要原因。智能控制算法是在控制論、信息論、人工智能、仿生學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上逐漸形成的一類高級(jí)信息與控制技術(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制屬于智能控制的一種，它具有自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力，因此適合于復(fù)雜的控制領(lǐng)域。本發(fā)明引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制算法與傳統(tǒng)PID控制相結(jié)合的控制策略，旨在利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、自整定能力，在線對(duì)PID控制器的參數(shù)進(jìn)行整定。算法應(yīng)用于轉(zhuǎn)矩和變槳控制器中，提高了控制精度、提升了發(fā)電效率，并有效減小風(fēng)機(jī)載荷。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種解決目前在用兆瓦級(jí)異步雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)型普遍存在的，變槳控制器、轉(zhuǎn)矩控制器參數(shù)整定困難以致使風(fēng)機(jī)很難工作于最優(yōu)狀態(tài)問題的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為:兆瓦級(jí)異步雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩/槳距控制器參數(shù)自整定方法，其特征在于包括以下步驟:步驟I)風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)檢測(cè)啟動(dòng)條件滿足,風(fēng)機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)；偏航系統(tǒng)初始化，并進(jìn)行自檢；步驟2)自檢成功后進(jìn)入自由轉(zhuǎn)動(dòng)過程:變槳系統(tǒng)槳葉打開到70°使發(fā)電機(jī)以一定速度轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)滿足切換條件后，變槳系統(tǒng)槳葉角全開；
當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)速度后，變流器進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID轉(zhuǎn)矩控制器開始對(duì)發(fā)電機(jī)升速過程進(jìn)行控制，控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速按照規(guī)劃的斜率曲線上升；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，變流器保持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩恒定，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID變槳控制器控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID轉(zhuǎn)矩控制器的輸入信號(hào)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值與發(fā)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速相減所得的誤差值，輸出控制量至變流器；所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID轉(zhuǎn)矩控制器的控制參數(shù)Kp,KI,KD分別為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層的輸出。所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID變槳控制器輸入信號(hào)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值與發(fā)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速相減所得的誤差值，輸出控制量至變槳系統(tǒng)；所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID變槳控制器的控制參數(shù)Kp,KI,KD分別為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層的輸出。所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層輸出是根據(jù)公式ok = g(netk)計(jì)算得到的；其中，g(.)為各節(jié)點(diǎn)的活化函數(shù),
權(quán)利要求
1.兆瓦級(jí)異步雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩/槳距控制器參數(shù)自整定方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1)風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)檢測(cè)啟動(dòng)條件滿足，風(fēng)機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)；偏航系統(tǒng)初始化，并進(jìn)行自檢； 步驟2)自檢成功后進(jìn)入自由轉(zhuǎn)動(dòng)過程: 變槳系統(tǒng)槳葉打開到70°使發(fā)電機(jī)以一定速度轉(zhuǎn)動(dòng)； 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到切換條件后，變槳系統(tǒng)槳葉角全開； 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)速度后，變流器進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID轉(zhuǎn)矩控制器開始對(duì)發(fā)電機(jī)升速過程進(jìn)行控制，控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速按照規(guī)劃的斜率曲線上升； 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，變流器保持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩恒定，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID變槳控制器控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級(jí)異步雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩/槳距控制器參數(shù)自整定方法，其特征在于: 所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID轉(zhuǎn)矩控制器的輸入信號(hào)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值與發(fā)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速相減所得的誤差值，輸出控制量至變流器； 所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID轉(zhuǎn)矩控制器的控制參數(shù)KpIpKd分別為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層的輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級(jí)異步雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩/槳距控制器參數(shù)自整定方法，其特征在于: 所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID變槳控制器輸入信號(hào)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值與發(fā)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速相減所得的誤差值，輸出控制量至變槳系統(tǒng)； 所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID變槳控制器的控制參數(shù)IVKpKd分別為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層的輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級(jí)異步雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩/槳距控制器參數(shù)自整定方法，其特征在于: 所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層輸出是根據(jù)公式 ok = g(netk)計(jì)算得到的； 其中，g(.)為各節(jié)點(diǎn)的活化函數(shù)
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級(jí)異步雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩/槳距控制器參數(shù)自整定方法，其特征在于:所述加權(quán)系數(shù)Wki和Wu通過Wij(k+1) =WijGO+η δ J0i wki (k+1) = wki (k) + η δ k0j 計(jì)算得出；其中，k+1代表第k+1步，k代表第k步，n為學(xué)習(xí)速率，
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級(jí)異步雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩/槳距控制器參數(shù)自整定方法，其特征在于: 所述加權(quán)系數(shù)Wki和的學(xué)習(xí)計(jì)算包括以下步驟: (1)加權(quán)系數(shù)初始化:用較小的隨機(jī)數(shù)為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的所有加權(quán)系數(shù)置初值； (2)準(zhǔn)備訓(xùn)練數(shù)據(jù):給出N組訓(xùn)練信號(hào)矢量組X=[x1； x2,…，xJlPD= [Cl17Cl2,…，dL]T; (3)計(jì)算實(shí)際輸出:計(jì)算隱含層和輸出層的各神經(jīng)元的輸出； (4)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)輸出與期望輸出之差的函數(shù)Ep; (5)計(jì)算輸出層網(wǎng)絡(luò)加權(quán)系數(shù)的調(diào)整量Awki,并修正加權(quán)系數(shù)； (6)計(jì)算隱含層網(wǎng)絡(luò)加權(quán)系數(shù)的調(diào)整量Awij,并修正加權(quán)系數(shù)； (7)k = k+1，返回步驟⑵，直到Ep進(jìn)入設(shè)定的范圍為止。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級(jí)異步雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩/槳距控制器參數(shù)自整定方法，其特征在于: 所述步驟(3)中隱含層和輸出層的各神經(jīng)元的輸出是根據(jù) Oi = g(neti)和 ok = g(netk)計(jì)算得出的； 所述步驟⑷中網(wǎng)絡(luò)輸出與期望輸出之差的函數(shù)匕是根據(jù)盡計(jì)算 L k=\的；其中，Opk為樣本P的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層輸出； 所述步驟(5)中輸出層網(wǎng)絡(luò)加權(quán)系數(shù)的調(diào)整量Awki是根據(jù)
全文摘要
本發(fā)明涉及兆瓦級(jí)異步雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩/槳距控制器參數(shù)自整定方法，包括以下步驟機(jī)組啟動(dòng)后，偏航系統(tǒng)首先工作到指定位置；此后進(jìn)入自檢程序；自檢程序通過后將進(jìn)入自由轉(zhuǎn)動(dòng)過程；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到切換速度后，變槳系統(tǒng)槳葉角全開發(fā)電機(jī)速度繼續(xù)上升；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)速度后，轉(zhuǎn)矩控制器控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速按照一定斜率上升；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速(額定功率)，變流控制器保持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩恒定，變槳控制器控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。槳距、轉(zhuǎn)矩控制器由一個(gè)帶積分分離算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID參數(shù)自整定控制器構(gòu)成，控制器可以根據(jù)規(guī)則自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，并根據(jù)收斂規(guī)則通過在線訓(xùn)練使參數(shù)達(dá)到最優(yōu)化，從而提高風(fēng)機(jī)發(fā)電量并有效減小風(fēng)機(jī)載荷。
文檔編號(hào)G06N3/08GK103184972SQ20111045607
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者杜勁松, 郭銳, 吳景輝, 蘇浩 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所