基于時序分析的變槳距風機多模態運行優化控制裝置及運行方法制造方法及圖紙

一種基于時序分析的變槳距風機多模態運行優化控制裝置及運行方法，所述控制裝置包括：人機接口模塊、模態感知模塊、時序分析模塊、時序統計數據記錄模塊、變槳系統在線辨識模塊、控制器參數優化模塊、模糊自整定多模態PID控制系統模塊和控制性能計算模塊。本發明專利技術從系統層面，將變槳距風力發電系統中包含的各類設備按區域和功能劃分為“組件”，以組件為基本元素建立模態感知模型；對模態感知模型在各個模態切換過渡過程進行基于組件的時序分析；通過時序分析獲得變槳系統在各模態切換過程中的時序統計數據；利用時序統計數據對變槳系統進行在線辨識和控制器參數優化；優化后控制參數由模糊自整定多模態PID控制系統進行綜合，實現全工況變槳系統性能最優。

Multi modal operation optimization control device and operation method of variable pitch fan based on time series analysis

A pitch based on time series analysis from the fan operation optimization control device and operation method of multi modal, the control device comprises a human-machine interface module, modal sensing module, timing analysis module, timing module, data recording pitch system online identification module and a control module for parameter optimization, fuzzy self-tuning multi modal PID control system module and control performance calculation module. The present invention from the system level, including the variable pitch wind power system in various types of equipment by region and function is divided into \components\, with components as the basic elements of a modal perception model; modal analysis model of perceptual components based on timing in each mode switch transition process; time series analysis of statistical data obtained in the pitch system the mode switching process by timing; online identification and controller parameter optimization of pitch system using temporal statistical data; the optimized control parameters by fuzzy self-tuning PID control system for multi modal synthesis, realize the variable condition of optimal system performance of propeller.

【技術實現步驟摘要】
基于時序分析的變槳距風機多模態運行優化控制裝置及運行方法
本專利技術屬于風力發電機運行控制
，具體涉及一種基于時序分析的變槳距風機多模態運行優化控制裝置及運行方法。
技術介紹
變槳距風力發電系統運行過程中存在著許多控制難題。這些難題產生的原因主要是由于被控對象具有時滯、非線性、參數攝動、通訊受限等內在特性。在實際的風力發電過程中，針對上述問題的控制領域新理論和新方法的應用卻不盡如人意。其原因一方面是復雜理論與方法的實施成本高且與工業控制設備的兼容性差；另一方面，針對被控對象內在特性的研究成果往往只能解決特定工況的局部優化控制問題，而變槳距風力發電系統中存在的多種運行模態間的隨機轉換是急需解決的全局性控制難題。在該變槳距風力發電系統中，最為重要的子系統是變槳系統。在全工況運行過程中，變槳系統結構和功能的變化是系統模態切換的重要表現。變槳距需要調節槳距角這一風力機運行過程中重要參數，以克服定槳距和被動失速調節的諸多缺點。變槳距風力發電機結構復雜，功能隨著模態切換而變化；其模態切換往往具有較強的隨機性。變槳距風力發電機的多模態過程控制屬于系統層面的全局性控制問題，傳統控制策略由于針對的是局部對象的動靜態性能而非系統模態變換的平穩性和快速性，更側重于偏差的快速消除，而不關注控制時序的調整，因此往往難以滿足控制要求。
技術實現思路
針對上述
技術介紹
中提到的變槳距風力發電系統的多模態運行特性帶來的控制問題，本專利技術提供了一種基于時序分析的變槳距風機多模態運行優化控制裝置及運行方法。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種基于時序分析的變槳距風機多模態運行優化控制裝置，包括：人機接口單元模塊、模態感知模塊、時序分析模塊、時序統計數據記錄模塊、變槳系統在線辨識模塊、控制器參數優化模塊、模糊自整定多模態PID控制系統模塊和控制性能計算模塊；所述人機接口單元模塊與所述模態感知模塊、時序分析模塊和控制性能計算模塊連接；所述模態感知模塊與風力發電系統模態控制器和時序分析模塊連接；所述時序分析模塊與變槳系統各組件和時序統計數據記錄模塊連接；所述時序統計數據記錄模塊與變槳系統在線辨識模塊連接；所述變槳系統在線辨識模塊和控制器參數優化模塊相連接；所述控制器參數優化模塊與模糊自整定多模態PID控制系統模塊連接；所述模糊自整定多模態PID控制系統模塊與變槳控制器連接；所述控制性能計算模塊與變槳控制器連接；所述人機接口單元模塊用于數據和圖像顯示；所述模態感知模塊用于獲取所述風力發電系統當前模態信息；所述時序分析模塊用于分析所述變槳系統各組件時序表現、獲取所述各組件在模態切換指導階段和響應階段所耗時間并生成時序分析圖；所述時序統計數據記錄模塊用于記錄時序分析模塊產生的變槳系統各組件時序統計數據，并計算出所述變槳系統在模態切換指導階段和響應階段所耗時間；所述變槳系統在線辨識模塊用于獲取所述變槳系統在模態切換過程中的動態特性，并推算出所述變槳系統動態模型；所述控制器參數優化模塊用于計算出當前模態切換過程中所述變槳控制器最優參數；所述模糊自整定多模態PID控制系統模塊用于結合當前模態和其他模態切換過程中所述變槳控制器最優參數，綜合生成所述變槳控制器參數；所述控制性能計算模塊用于計算所述變槳系統全工況運行過程中的性能指標；其中，所述風力發電系統包括風力發電系統模態控制器和變槳系統各組件，所述變槳系統各組件包括變槳控制器、液壓執行器和聯動裝置。進一步地，所述模糊自整定多模態PID控制系統模塊包括：模糊整定器、可變增益參數K1和K2,其中，K1表示其他模態切換過程中所述變槳控制器最優參數；K2表示當前模態切換過程中所述變槳控制器最優參數。一種基于時序分析的變槳距風機多模態運行優化控制裝置的運行方法，包括以下步驟：步驟1：模態感知模塊從風力發電系統模態控制器中獲取當前模態信息；步驟2：模態感知模塊將當前模態信息傳輸至時序分析模塊和人機接口單元模塊；步驟3：時序分析模塊獲取變槳系統各組件時序信號；步驟4：時序分析模塊根據當前模態信息和變槳系統各組件時序信號，分析變槳系統各組件時序表現、獲取變槳系統各組件在模態切換指導階段和響應階段所耗時間并生成時序分析圖；步驟5：時序分析模塊將時序分析圖傳輸至人機接口單元模塊，將變槳系統各組件在模態切換指導階段和響應階段所耗時間傳輸至時序統計數據記錄模塊；步驟6：時序統計數據記錄模塊記錄時序分析模塊產生的各組件時序統計數據，并根據變槳系統各組件在模態切換指導階段和響應階段所耗時間計算出整個變槳系統在模態切換指導階段和響應階段所耗時間；步驟7：時序統計數據記錄模塊將整個變槳系統在模態切換指導階段和響應階段所耗時間傳輸至變槳系統在線辨識模塊；步驟8：變槳系統在線辨識模塊根據整個變槳系統在模態切換指導階段和響應階段所耗時間運算出變槳系統廣義對象在模態切換過程中的動態特性，并推算出變槳系統動態模型；步驟9：變槳系統在線辨識模塊將變槳系統動態模型傳輸至控制器參數優化模塊；步驟10：控制器參數優化模塊根據當前所述變槳系統動態模型計算出當前模態切換過程中變槳控制器最優參數；步驟11：控制器參數優化模塊將當前所述變槳控制器最優參數傳輸至模糊自整定多模態PID控制系統模塊；步驟12：模糊自整定多模態PID控制系統模塊結合上述當前模態和其他模態切換過程中的變槳控制器最優參數，綜合生成變槳控制器參數；步驟13：模糊自整定多模態PID控制系統模塊將變槳控制器參數傳輸至變槳控制器，更新變槳控制器參數；步驟14：控制性能計算模塊根據變槳控制器的槳距角指令和葉片槳距角信號計算變槳系統全工況運行過程中各項性能指標。進一步地，步驟1中所述風力發電系統的所述模態為：停泊模態、啟動模態、發電模態和制動模態，所述風力發電系統在任意兩個模態之間切換。進一步地，在所述停泊模態下，所述模態控制器發出變槳制動信號和停泊制動信號至所述變槳控制器，所述變槳系統切出；在所述啟動模態下，所述變槳制動信號和停泊制動信號解除，所述變槳控制器根據風速和風機轉速計算出控制量，將其作用于液壓執行機構的比例閥，所述比例閥驅動液壓缸活塞位置變化，進而改變槳距角；在所述發電模態下，變槳控制器通過風機轉速和風切入角的偏差計算其輸出量，利用該輸出量驅動所述液壓缸活塞位置變化以改變槳距角，使風機在風速變化過程中將其轉速維持在額定轉速附近；在所述制動模態下，所述模態控制器發出變槳制動信號，驅動液壓執行器通過所述聯動裝置向風機葉片施加驅動力，使葉片偏轉至預期位置，并通過所述聯動裝置的鎖定使葉片保持其槳距角為-90°。進一步地，步驟4中所述時序圖包括所有在基于組件的模態感知模型中出現、且參與模態切換過程的變槳系統各組件，每個組件占時序分析圖的一列；在每一列上，組件的不同行為以不同的填充色表示，并按照時間順序排列，色塊長度與所述組件行為持續長度成正比；不同組件之間的通訊信號以不同顏色的有向線段表示。進一步地，所述每個組件在模態切換過程中的執行時間分為兩個階段：指導階段和響應階段，在指導階段，所述每個組件接收并處理來自前一組件的指令；在執行階段，所述每個組件進行相應的運行操作并返回當前狀態。進一步地，所述變槳系統各組件在所述模態切換指導階段和響應階段的所耗時間為：Ttotal＝TtopTi＝T本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于時序分析的變槳距風機多模態運行優化控制裝置，其特征在于：所述控制裝置包括：人機接口單元模塊、模態感知模塊、時序分析模塊、時序統計數據記錄模塊、變槳系統在線辨識模塊、控制器參數優化模塊、模糊自整定多模態PID控制系統模塊和控制性能計算模塊；所述人機接口單元模塊與所述模態感知模塊、時序分析模塊和控制性能計算模塊連接；所述模態感知模塊與風力發電系統模態控制器和時序分析模塊連接；所述時序分析模塊與變槳系統各組件和時序統計數據記錄模塊連接；所述時序統計數據記錄模塊與變槳系統在線辨識模塊連接；所述變槳系統在線辨識模塊和控制器參數優化模塊相連接；所述控制器參數優化模塊與模糊自整定多模態PID控制系統模塊連接；所述模糊自整定多模態PID控制系統模塊與變槳控制器連接；所述控制性能計算模塊與變槳控制器連接；所述人機接口單元模塊用于數據和圖像顯示；所述模態感知模塊用于獲取所述風力發電系統當前模態信息；所述時序分析模塊用于分析所述變槳系統各組件時序表現、獲取所述各組件在模態切換指導階段和響應階段所耗時間并生成時序分析圖；所述時序統計數據記錄模塊用于記錄時序分析模塊產生的變槳系統各組件時序統計數據，并計算出所述變槳系統在模態切換指導階段和響應階段所耗時間；所述變槳系統在線辨識模塊用于獲取所述變槳系統在模態切換過程中的動態特性，并推算出所述變槳系統動態模型；所述控制器參數優化模塊用于計算出當前模態切換過程中所述變槳控制器最優參數；所述模糊自整定多模態PID控制系統模塊用于結合當前模態和其他模態切換過程中所述變槳控制器最優參數，綜合生成所述變槳控制器參數；所述控制性能計算模塊用于計算所述變槳系統全工況運行過程中的性能指標；其中，所述風力發電系統包括風力發電系統模態控制器和變槳系統各組件，所述變槳系統各組件包括變槳控制器、液壓執行器和聯動裝置。...

【技術特征摘要】
1.一種基于時序分析的變槳距風機多模態運行優化控制裝置，其特征在于：所述控制裝置包括：人機接口單元模塊、模態感知模塊、時序分析模塊、時序統計數據記錄模塊、變槳系統在線辨識模塊、控制器參數優化模塊、模糊自整定多模態PID控制系統模塊和控制性能計算模塊；所述人機接口單元模塊與所述模態感知模塊、時序分析模塊和控制性能計算模塊連接；所述模態感知模塊與風力發電系統模態控制器和時序分析模塊連接；所述時序分析模塊與變槳系統各組件和時序統計數據記錄模塊連接；所述時序統計數據記錄模塊與變槳系統在線辨識模塊連接；所述變槳系統在線辨識模塊和控制器參數優化模塊相連接；所述控制器參數優化模塊與模糊自整定多模態PID控制系統模塊連接；所述模糊自整定多模態PID控制系統模塊與變槳控制器連接；所述控制性能計算模塊與變槳控制器連接；所述人機接口單元模塊用于數據和圖像顯示；所述模態感知模塊用于獲取所述風力發電系統當前模態信息；所述時序分析模塊用于分析所述變槳系統各組件時序表現、獲取所述各組件在模態切換指導階段和響應階段所耗時間并生成時序分析圖；所述時序統計數據記錄模塊用于記錄時序分析模塊產生的變槳系統各組件時序統計數據，并計算出所述變槳系統在模態切換指導階段和響應階段所耗時間；所述變槳系統在線辨識模塊用于獲取所述變槳系統在模態切換過程中的動態特性，并推算出所述變槳系統動態模型；所述控制器參數優化模塊用于計算出當前模態切換過程中所述變槳控制器最優參數；所述模糊自整定多模態PID控制系統模塊用于結合當前模態和其他模態切換過程中所述變槳控制器最優參數，綜合生成所述變槳控制器參數；所述控制性能計算模塊用于計算所述變槳系統全工況運行過程中的性能指標；其中，所述風力發電系統包括風力發電系統模態控制器和變槳系統各組件，所述變槳系統各組件包括變槳控制器、液壓執行器和聯動裝置。2.根據權利要求1所述的控制裝置，其特征在于：所述模糊自整定多模態PID控制系統模塊包括：模糊整定器、可變增益參數K1和K2,其中，K1表示其他模態切換過程中所述變槳控制器最優參數；K2表示當前模態切換過程中所述變槳控制器最優參數。3.一種如權利要求1所述的控制裝置的運行方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1：模態感知模塊從風力發電系統模態控制器中獲取當前模態信息；步驟2：模態感知模塊將當前模態信息傳輸至時序分析模塊和人機接口單元模塊；步驟3：時序分析模塊獲取變槳系統各組件時序信號；步驟4：時序分析模塊根據當前模態信息和變槳系統各組件時序信號，分析變槳系統各組件時序表現、獲取變槳系統各組件在模態切換指導階段和響應階段所耗時間并生成時序分析圖；步驟5：時序分析模塊將時序分析圖傳輸至人機接口單元模塊，將變槳系統各組件在模態切換指導階段和響應階段所耗時間傳輸至時序統計數據記錄模塊；步驟6：時序統計數據記錄模塊記錄時序分析模塊產生的各組件時序統計數據，并根據變槳系統各組件在模態切換指導階段和響應階段所耗時間計算出整個變槳系統在模態切換指導階段和響應階段所耗時間；步驟7：時序統計數據記錄模塊將整個變槳系統在模態切換指導階段和響應階段所耗時間傳輸至變槳系統在線辨識模塊；步驟8：變槳系統在線辨識模塊根據整個變槳系統在模態切換指導階段和響應階段所耗時間運算出變槳系統廣義對象在模態切換過程中的動態特性，并推算出變槳系統動態模型；步驟9：變槳系統在線辨識模塊將變槳系統動態模型傳輸至控制器參數優化模塊；步驟10：控制器參數優化模塊根據當前所述變槳系統動態模型計算出當前模態切換過程中變槳控制器最優參數；步驟11：控制器參...

【專利技術屬性】
技術研發人員：房方，陳麗雪，李昭，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發明
國別省市：北京,11