[發(fā)明專利]一種大型風電機組的鯨魚群PID獨立變槳控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910736494.2
• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN110425084B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設計）人: 曾冰;黃凌翔;張碩望
• 申請（專利權(quán)）人: 湘電風能有限公司;湘潭電機股份有限公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04;F03D7/02
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 顏昌偉

本發(fā)明涉及一種大型風電機組的鯨魚群PID獨立變槳控制方法，包括如下步驟：通過葉片載荷模型，計算出各葉片在垂直于葉輪面方向的彎矩；將各葉片垂直于葉輪面方向的彎矩進行MBC坐標變換，得到coleman坐標系下的俯仰彎矩和偏航彎矩；通過鯨魚群PID控制器算法求解得到分別用于消除俯仰彎矩和偏航彎矩的影響角；從而得到各葉片的槳距角增量，再與統(tǒng)一變槳角度進行疊加，得到各葉片的獨立變槳槳距角后，通過變槳驅(qū)動器完成獨立變槳動作。通過對鯨魚群算法進行優(yōu)化，在PID參數(shù)整定精度、穩(wěn)定性方面具有良好的動態(tài)性能，有效降低機組的不平衡載荷，減少機組的振動情況，保證輸出功率更加穩(wěn)定平滑，提升機組的壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風力發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種大型風電機組的獨立變槳控制方法。

背景技術(shù)

風能是一種安全、生態(tài)的可再生能源，變槳距風電機組對風能的利用效率高，占據(jù)了市場的主導地位。變槳距控制主要有統(tǒng)一變槳和獨立變槳兩種方式。統(tǒng)一變槳控制是假設風輪旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的風速是均勻的，但隨著風輪直徑的增加，風切變、塔影效應、偏航誤差等因素使風輪面受力的不均衡度增加，附加載荷也越來越大，嚴重影響機組的安全運行和部件的使用壽命。目前，風能市場的快速增長要求整機廠家能夠生產(chǎn)具有更大風輪直徑且額定功率更高的風電機組。因此，減少負載成為了這種風電機組設計中具有挑戰(zhàn)性的研究課題。近年來，提出了許多降低風機載荷，特別是風機葉片載荷的技術(shù)。其中，獨立變槳控制可在限制功率的同時改善機組的不均衡載荷，是降低風機葉片載荷最有效的技術(shù)之一。

由于PID控制算法結(jié)構(gòu)簡單，在工程控制中具有很高的實用性，因此，現(xiàn)有的風電機組獨立變槳控制多采用PID控制算法。PID控制算法研究的重點在于PID控制器的參數(shù)整定方法，PID參數(shù)整定問題是一個典型的多模態(tài)優(yōu)化問題，最優(yōu)解很難求解。而現(xiàn)有的PID參數(shù)整定方法對于該多模態(tài)優(yōu)化問題還沒有很好的處理方案，不能確保解的質(zhì)量。因此，亟需找到一種能盡量保證PID參數(shù)解的質(zhì)量的方法，從而使控制系統(tǒng)有著良好的動態(tài)性能，降低機組的載荷，減少機組的振動情況，保證輸出功率更加穩(wěn)定平滑。WSA-IC(Whale SwarmAlgorithm with Iterative Counter)算法(詳見參考文獻：Bing Zeng,Xinyu Li,LiangGao.et al.Neural ComputApplic(2019).https://doi.org/10.1007/s00521-018-3949-4)是一種新型元啟發(fā)式算法，有如下優(yōu)點：1)不需要針對不同的問題設置小生境參數(shù)；2)可以在迭代過程中有效識別并跳出已經(jīng)找到的極值點，從而節(jié)省不必要的函數(shù)評價，提高全局搜索能力；3)算法特定的參數(shù)不需要針對不同問題手動設置；4)種群大小不需要與最優(yōu)解的個數(shù)精確匹配。鑒于WSA-IC算法的諸多優(yōu)點，可以通過對WSA-IC算法進行改進，提高算法的求解精度、收斂速度和穩(wěn)定性，并結(jié)合鯨魚群算法用于PID控制器的參數(shù)整定。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種具有自尋優(yōu)、高質(zhì)量解的大型風電機組的鯨魚群PID獨立變槳控制方法。

本發(fā)明的一種大型風電機組的鯨魚群PID獨立變槳控制方法，包括以下步驟：

步驟1、計算彎矩，通過葉片載荷模型，計算出各葉片在垂直于葉輪面方向的彎矩；

步驟2、計算俯仰彎矩和偏航彎矩，根據(jù)步驟1得到的各葉片垂直于葉輪面方向的彎矩進行MBC(muti-blade coordinate)坐標變換，得到coleman坐標系下的俯仰彎矩和偏航彎矩；

步驟3、計算消除俯仰彎矩的影響角和消除偏航彎矩的影響角，通過鯨魚群PID控制器求解得到coleman坐標系下分別用于消除步驟2得到的俯仰彎矩和偏航彎矩的影響角，所述鯨魚群PID控制器中鯨魚群算法計算每條鯨魚個體的目標函數(shù)值f的函數(shù)模型如下：