[发明专利]一种大型风电机组的蚁群PID独立变桨控制方法

摘要

本发明公开了一种大型风电机组的蚁群PID独立变桨控制方法，包括以下步骤：建立风电机组的载荷模型，计算风电机组桨叶旋转坐标系下的拍打力矩，对拍打力矩进行科尔曼坐标变换，变换成d、q坐标轴下的偏航弯矩和俯仰弯矩；通过蚁群PID控制器得到d、q坐标轴下的独立变桨桨距角，再经过科尔曼逆变换变换成不同桨叶的优化桨距角，将优化桨距角与统一变桨桨距角进行比较分析，得到桨距角控制信号，完成风电机组独立变桨的执行动作。本控制方法采用智能算法结合传统PID控制器的方法，具有自适应性，静态性能良好，提高了风电机组变桨控制系统的动态性能，并且降低了风电机组关键部件的不平衡载荷，提高了风机寿命。

主权项

1.一种大型风电机组的蚁群PID独立变桨控制方法，包括以下步骤：1)建立风电机组的载荷模型，计算风电机组桨叶旋转坐标系下的拍打力矩；2)对拍打力矩进行科尔曼坐标变换，变换成d、q坐标轴下的偏航弯矩和俯仰弯矩；3)通过蚁群PID控制器得到d、q坐标轴下的独立变桨桨距角；所述步骤3)中，将PID控制器的三个参数比例系数Kp、积分时间系数TI、微分时间系数TD的值用一个二维坐标系来代替，以便蚁群算法来寻优，其中(0，0)为起点或终点，横坐标1～5代表Kp，6～10代表TI，11～15代表TD，纵坐标值代表Kp、TI、TD的值，横坐标从小到大依次为个位、十分位、百分位、千分位、万分位，寻优的具体步骤如下：①、设置参数m，α，γ，ρ，N，D；定义节点；给定初始解；初始化参数t＝0，Nc＝0；②、将m个蚂蚁置于各自的初始化邻域，第K只蚂蚁在节点i转移到节点j的概率为：其中，n为节点总数；s为已经过的节点数；i，j表示节点i与节点j连接而成的支路，n‑s表示未经过的节点，Q表示节点Q，[]α、[]γ为幂函数，α，γ是可访问度启发式因子；τij(t)为支路(i，j)上的信息素浓度；ηij为支路(i，j)的可访问度，如下式所示：A∈N且A>1其中，yA‑1为节点j第A‑1次循环产生的最优路径对应的PID参数在二维坐标系中的纵坐标值；N为仿真计算的总次数；③、计算各蚂蚁的目标函数值L，并记录PID控制器当前最优解，目标函数如下式：其中，tu为上升时间；e(i)为桨距角响应误差；y(i)表桨距角响应；ey(i)＝y(i)‑y(i‑1)；h1、h2、h3、h4为权值且h4≥h2；u2(i)代表控制量u(i)的平方；L表示蚂蚁周游所确定的目标函数值；④、算法每迭代n次，即蚂蚁完成一次周游，每条支路上的信息素浓度将根据下列式子进行整体更新；τij(t+n)＝ρτij(t)+Δτij其中，ρ为信息素残留系数；m为蚂蚁总数；为第k只蚂蚁在t时刻与t+n时刻之间留在支路(i，j)上的信息素浓度，按下式计算：其中，D为蚂蚁释放的信息素浓度；蚁群算法采用局部信息素浓度更新策略，如下式所示：⑤、循环次数Nc＝Nc+1，判断Nc是否小于N，若是，则转至第②步继续循环，若否，则输出PID控制器最优解；4)独立变桨桨距角经过科尔曼逆变换变换成不同桨叶的优化桨距角，将优化桨距角与统一变桨桨距角进行比较分析，得到桨距角控制信号，完成风电机组独立变桨的执行动作。