CN102437810A - 直驱永磁同步风电机组变频器控制器变参数跟踪控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直驱永磁同步风电机组变频器控制器变参数跟踪控制方法。正常运行状态时，通过在线动态跟踪机组变频器输入输出和直流环节的电压电流变化特性，运用先进的辨识算法，辨识控制器参数，按照此辨识值整定控制器PI控制环节的参数。当机组的运行状态有较大幅度改变时，根据机组输出特性偏离目标值的变化程度，重新在线辨识控制器的参数，即时优化整定控制器PI控制环节的控制参数，使得变频器的输出特性能准确地跟踪运行状态的变化而跟踪目标设定值，达到理想的控制性能。

Description

直驱永磁同步风电机组变频器控制器变参数跟踪控制方法

技术领域

本发明的直驱永磁同步风电机组变频器控制器的变参数优化控制方法，属于风力发电机组运行控制技术领域。

背景技术

风能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，随着商业化程度和市场竞争力的不断提高，作为风能主要利用形式的风力发电已经成为当今最主要的可再生能源技术之一。世界各国高度重视和大力发展风力发电。中国风电发展速度领先世界，2010年中国新增风电装机达1600万千瓦,累计装机容量达到4182.7万千瓦,同比增长62%，跃居世界第一。

随着风电机组装机容量的快速增长，人们越来越重视风电机组的安全稳定运行和发电效益。直驱永磁同步风电机组由于省去了笨重的齿轮箱传动机构，不仅降低了机械故障率，还提高了机组发电效率，因而成为风电机组的发展趋势。由于风速的随机变化特性，风电机组会运行于不同风速的状态，从机组的输出特性来看，机组输出功率的大小，不仅取决于发电机发出功率的能力大小，还取决于变频器送出功率的能力大小，因而，变频器控制是风电机组运行控制的关键技术，其性能的好坏，直接关系到机组的发电效益。

为改善机组的输出特性，提高机组功率的输出能力，风电机组变频器控制策略有多种，不同的控制策略，相应可设计和生产不同的控制器，总体上来说，现有的变频器控制器的参数是出厂时整定的，厂家典型做法是按照机组正常动态运行的风速范围，特别是大风速范围内，定参数整定变频器控制器的参数。客观上来说，该方法具有一定的合理性，能保证机组在大风速范围内发电效益最佳。其工程缺陷是：风速具有随机性和快变性，在正常自然条件下的风速不全部是大风速，一定程度上来说，大部分时间处于低风速运行状态，这使得机组在低风速状态时具有很差的输出特性和发电效益。总之，定参数运行控制技术，不能实现机组各种风况下的输出特性和发电效益最佳。

 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种适时、优化的直驱永磁同步风电机组变频器的控制器变参数跟踪控制方法。该方法利用风速的变化引起的状态信息的改变，即时辨识机组变频器控制器的目标参数，适时优化调整整定控制器参数，实现机组输出特性和发电效益的最佳控制。

本方法的具体控制调节过程如下：

（1）构建机组的不同风速段输出特性的逻辑库，差异化区分输出特性的调节目标；

（2）比较现测点风速测量值与前测点风速测量值的变化量，确定机组输出特性的调节目标的变化程度；

（3）检验机组当前输出特性和目标值之间的差异，如果偏离幅度不大，则保持机组变频器的控制器的参数不变，回第（2）步；如果偏离幅度大，则按照新的调节目标，即时辨识控制器的目标参数；

（4）以辨识的目标参数，结合控制模型，计算机组的输出，按照其与目标输出特性的符合度，检验目标参数的性能优劣；

（5）把检验性能好的参数，直接作为控制器的参数，适时进行优化整定，按照新参数控制变频器的运行；

（6）适时检验实际输出特性和目标输出特性的符合度，如果符合度好，则保持此参数设置，如果符合度不好，重新回到第（2）步进行参数重新辨识和优化整定；

（7）当风速再次变化时，重复上述调节过程，使机组调节运行于新的运行状态。如此机组就能快速、连续运行于最佳运行状态，保持良好的输出特性。

本控制方法采取即时优化整定策略，通过跟踪外界风况状态变化，改变变频器输出特性的控制目标，适时辨识相应的控制器的目标参数，即时优化整定控制器的参数，实现了机组输出特性的即时优化，提高了机组在不同风速状态下的输出功率，从而提高了机组的发电效益。

本控制方法的优点是：在通常的控制环节上，并行了控制器参数目标值的适时辨识环节，实施的步骤清晰，与机组其他功能的调节环节保持独立，与变频器调节环节的接口简单，在工程上易于实现，不影响机组其他功能调节的实现和运行。既可以与机组现有控制器并联切换运行，又可以植入现有控制器的相应环节，能实现直驱永磁同步风力发电机组全风速运行状态下的输出特性的优化，显著提高机组的发电效益。

说明书附图

图1为控制过程框图。

图2为控制算法实现的程序框图。

具体实现方式

如图1所示，本发明直驱永磁同步风电机组变频器变参数跟踪控制方法的具体调节步骤如下：

第一步：判断机组输出功率                                               

偏离目标功率

是否超过变化限值

。设机组当前运行于风速、输出功率

，后风速改变，变为

，比较、

的大小，检验差值超过风速变化限值

，如果>

，则转第二步。如果

，直接转第六步。

第二步：从不同风速的输出功率曲线库中，选取与相对应的输出功率调节目标值

；

第三步：用

，结合已测量的变频器的两组三相输入电压电流

、

、、、

、、

、

、、、

、

，和输出电压电流、

、

、

、

、

，及直流环节的电压

、输入电流

、输出电流

等参量的值，辨识计算控制器理想的

、

、

、……等控制参数；

第四步：以辨识的

、

、

、

……等控制参数，结合变频器及其控制的模型方程，计算模型的输出特性，检验计算输出特性和实际输出特性的符合度，如果符合度好，则回转第五步，如果符合度不好，则转第三步；

第五步：按照

、

、

、

……等控制参数，直接优化整定变频器的控制器的参数，按照此控制参数，控制调节变频器；

第六步：保持变频器的控制器的参数，使变频器运行于很好的输出特性状态；

第七步：继续测量变频器的实际输出特性和风速特性，如此重复上述调节过程，始终使变频器运行于很好的输出特性状态。

算法实施的步骤程序框如图2所示。

Claims (2)

1.一种直驱永磁同步风电机组变频器控制器变参数跟踪控制方法，其特征在于：风速改变时，根据机组典型状态控制目标的不同，适时确定机组输出特性的优化控制目标，根据这个新的控制目标，在线辨识控制器的控制参数，直接整定改变机组变频器控制器的参数，使机组的输出特性适时优化。

2.一种直驱永磁同步风电机组变频器变参数优化控制方法，其控制调节过程如下：

（1）风速改变时，根据风速变化方向和变化幅度，判断机组运行状态改变程度；

（2）根据机组运行状态的改变，对应调整机组输出特性目标设定值，按此设定值，辨识机组变频器控制器的目标参数；

（3）按照目标参数，适时直接优化整定机组变频器的控制参数；

（4）当机组运行状态再次发生改变时，重复上述调节过程，使机组调节运行于新的优化的控制状态；如此机组就能适时、优化地运行。

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