優化獎距角，的T、0qT表示d、q坐標軸下的獎 距角大小，A M/、A MqT表示偏航彎矩Md與俯仰彎矩Mq的大小，它們之間的關系為：
[0075] 3)將偏航彎矩Md和俯仰彎矩Mq輸入蟻群PID控制器得到d、q坐標軸下的獨立變獎獎 距角氏!和Pq;
[0076] 如圖2所不，圖中;r(t)為輸入量(對應d、q軸彎矩）；y(t)為輸出量(對應獨立變獎控 制信號尚、尚）；控制對象為不平衡載荷;U化)為控制量，e化)為偏差量。在變獎系統傳遞函數 確定的情況下采用的蟻群算法使用了局部自適應調整信息素濃度分布結合整體信息素濃 度調整規則的方式并結合二維坐標系初始化節點，輸入量d、q軸彎矩是通過變獎控制系統 的傳遞函數(即PID控制器)變為變獎控制信號扣、尚的，由于其動態性能需改進，引進蟻群算 法，其中蟻群算法的目標函數與此變化過程相關聯，該目標函數考慮了輸出變獎控制信號 的超調量、響應時間、調整時間、靜態性能等參數，W此為目標，來優化調整PID控制器的立 個參數，達到改善變獎系統的動態性能的目的。
[0077] 如圖3所示為蟻群算法尋優PID參數過程圖，本發明將PID控制器的=個參數，比例 系數Kp、積分時間系數Ti、微分時間系數Td的值用一個二維坐標系來代替，W便蟻群算法來 尋優，其中（〇,〇)為起點或終點，橫坐標1~5代表Kp,6~10代表Ti, 11~15代表Td,縱坐標值 用來表示1(。、1'1^〇，橫坐標從小到大依次為個位、十分位、百分位、千分位、萬分位，如圖3中 Kp = 6.2756，Ti = 4.8351，Td = 6.8953,尋優的具體步驟如下：
[0078] ①、設置參數m，a，丫，p，N，D;定義節點;給定初始解;初始化參數t = 0，Nc = 0;
[0079] ②、將m個媽蟻置于各自的初始化鄰域，媽蟻按照下式所給轉移概率移動
[0081 ]其中，n為節點總數;S為第S個節點；i，j表示節點i與節點j連接而成的支路，n-s表 示為經過的節點，[]a、[]Y為幕函數，a，丫是可訪問度啟發式因子;Tu(t)為支路（i，j)上的 信息素濃度;nu為支路(i，j )的可訪問度，如下式所示：
[0083] 其中，yk-i為節點j上次循環產生的最優路徑對應的PID參數在二維坐標系中的縱 坐標值;N為仿真計算的總點數；
[0084] ③、計算各媽蟻的目標函數值Lk,并記錄PID控制器當前最優解，目標函數如下式： ￥
[0085] 王:-/2古 + Xf/?2 |e(〇| + V2(〇 + |巧(〇|) ?=0
[0086] 其中，tu為上升時間；e(i)為獎距角響應誤差;y(i)表獎距角響應;ey(i)=y(i)-y (i-1 )血、h2、h3、h4為權值且h4如2 ;Lk表示媽蟻k周游所確定的目標函數值；
[0087] ④、算法每迭代n次，即媽蟻完成一次周游，每條支路上的信息素濃度將根據下列 式子進行整體更新；
[008引 Tij(t+n)=PTij(t)+A Tij m
[0089] = ' 交二1
[0090] 其中，P為信息素殘留系數;m為媽蟻總數;A詩為第k只媽蟻在t時刻與t+n時刻之間 留在支路(i，j)上的信息素濃度，A詩按下式計算：
若'0, j) €第1只蠟蟻的周游過程
[0091] 其它
[0092] 其中，D為媽蟻釋放的信息素濃度；
[0093] 本發明使用的蟻群算法采用一種局部信息素濃度更新策略，如下式所示 >,戶)-1〇/嗎若本次迭化中有"!"只蠟蟻選擇同一支路（i，j)或有"! /S只
[0094] +1)：= 媽蟻選擇該路徑后終止本次迭代的巧游 T^t) + l/?7ij 其它
[0095] 限定條件W外，信息量增幅過大會容易使更多的媽蟻集中到1條路徑上來，所W選 取IAiu為增量;限定條件內（即選擇該路徑的媽蟻達到一定數量，或者多數媽蟻選擇該支路 后，當前目標函數值大于上一次的目標函數值，此處分別為m/3與m/5)，選擇IOAiu為削弱 量，大幅削減其信息素濃度，使其值趨于各條支路的平均值，從而使得媽蟻選擇其他支路的 概率增加，在加速收斂的同時避免早熟。
[0096] ⑤、循環次數Nc = Nc+l，判斷Nc是否小于N，若是，則轉至第2步繼續循環，若否，則輸 出PID控制器最優解。
[0097] 4)獨立變獎獎距角尚和的經過科爾曼逆變換變換成不同獎葉的優化獎距角広、私、 抗，將優化獎距角広、的心與統一變獎獎距角00進行比較分析，即& =広+00，& =的+00，抗= 0z+e〇,其中統一變獎獎距角00由傳統PID控制得到，從而得到獎距角控制信號&、&、抗，完成 風電機組獨立變獎的執行動作。
【主權項】
1. 一種大型風電機組的蟻群PI閲蟲立變獎控制方法，包括W下步驟： 1) 建立風電機組的載荷模型，計算風電機組獎葉旋轉坐標系下的拍打力矩； 2) 對拍打力矩進行科爾曼坐標變換，變換成d、q坐標軸下的偏航彎矩和俯仰彎矩； 3) 通過蟻群PID控制器得到d、q坐標軸下的獨立變獎獎距角； 4) 獨立變獎獎距角經過科爾曼逆變換變換成不同獎葉的優化獎距角，將優化獎距角與 統一變獎獎距角進行比較分析，得到獎距角控制信號，完成風電機組獨立變獎的執行動作。2. 根據權利要求1所述的大型風電機組的蟻群PID獨立變獎控制方法，其特征在于:所 述步驟1)中，葉根彎矩變化量的線性模型為： A Mi = kPi+hwi A M2 = k02+hw2 A M3 = k03+hw3 其中，A Ml、A M2、A M3是葉根彎矩的變化量;01、阮、(63為別為S個獎葉的獎距角；系數k、 h是風機處于某個穩定運行點時，葉根彎矩對獎距角、瞬時風速的導數;W1、W2、W3是3個獎葉 的相對風速變化量，其計算公式如下： Wi = Vi-X 其中，X是輪穀中屯、的軸向位移，i為風電機組的葉片數，Wi為第i片獎葉的相對風速變化 量，Vi為第i片獎葉上的絕對風速。3. 根據權利要求2所述的大型風電機組的蟻群PID獨立變獎控制方法，其特征在于:所 述步驟2)中，根據空氣動力學原理，風電機組的偏航彎矩Md和俯仰彎矩Mq分別為：其中，表示輪穀軸向位移的速度，定義第一個獎葉的方位角為0，當其轉置水平位置 時白=0°，目功第i個獎葉的方位角：將獎距角和葉根載荷進行變換，其簡化模型為：広(t)、私(t)、氏(t)為不同獎葉的優化獎距角，^/、尚了表示d、q坐標軸下的獎距角大小， A M/、A MqT表示偏航彎矩Md與俯仰彎矩Mq的大小，它們之間的關系為：4.根據權利要求3所述的大型風電機組的蟻群PID獨立變獎控制方法，其特征在于:所 述步驟3)中，將PID控制器的立個參數比例系數Kp、積分時間系數Ti、微分時間系數Td的值用 一個二維坐標系來代替，W便蟻群算法來尋優，其中（〇,〇)為起點或終點，橫坐標1~5代表 Kp，6~10代表Ti，11~15代表Td，縱坐標值代表Kp、Ti、Td的值，橫坐標從小到大依次為個位、 十分位、百分位、千分位、萬分位，尋優的具體步驟如下： ① 、設置參數m，a，丫，p，N，D;定義節點；給定初始解;初始化參數t = 0，Nc = 0; ② 、將m個媽蟻置于各自的初始化鄰域，媽蟻按照下式所給轉移概率移動其中，n為節點總數；S為已經過的節點數；i，j表示節點i與節點j連接而成的支路，n - S 表示為經過的節點，[]a、[ F為幕函數，a，丫是可訪問度啟發式因子;Tu(t)為支路(i，j) 上的信息素濃度;nu為支路(i，j)的可訪問度，如下式所示：其中，yk-i為節點j上次循環產生的最優路徑對應的PID參數在二維坐標系中的縱坐標 值;N為仿真計算的總點數； ③ 、計算各媽蟻的目標函數值Lk,并記錄PID控制器當前最優解，目標函數如下式：其中，tu為上升時間；e(i)為獎距角響應誤差;y(i)表獎距角響應;ey(i) = y(i)-y(i-1)血、112、113、114為權值且114如2山表示媽蟻1^周游所確定的目標函數值； ④ 、算法每迭代n次，即媽蟻完成一次周游，每條支路上的信息素濃度將根據下列式子 進行整體更新； Tij(t+n)=pxij(t)+A Tij其中，P為信息素殘留系數;m為媽蟻總數;AzI為第k只媽蟻在t時刻與t+n時刻之間留在 支路(i，j)上的信息素濃度，A磚按下式計算：若片月6第巧媽蟻齡周纔逐程 其它 其中，D為媽蟻釋放的信息素濃度； 本發明使用的蟻群算法采用一種局部信息素濃度更新策略，如下式所示若本次迭代中有m / 3只蠟蟻選擇同一支路(i，。或有城/ 5.只 媽蟻選擇該路徑后終止本次迭代的周游 其它 ⑤、循環次數N。= N。+1，判斷N。是否小于N，若是，則轉至第2步繼續循環，若否，則輸出 PID控制器最優解。5.根據權利要求4所述的大型風電機組的蟻群PID獨立變獎控制方法，其特征在于:所 述步驟4)中，獨立變獎獎距角的和斬經過科爾曼逆變換變換成不同獎葉的優化獎距角私、 私、Pz，將優化獎距角Px、私心與統一變獎獎距角階進行比較分析，即& =広+00，02 = 0y+e〇，抗 =抗+00,從而得到獎距角控制信號&、&、抗，完成風電機組獨立變獎的執行動作。
【專利摘要】本發明公開了一種大型風電機組的蟻群PID獨立變槳控制方法，包括以下步驟：建立風電機組的載荷模型，計算風電機組槳葉旋轉坐標系下的拍打力矩，對拍打力矩進行科爾曼坐標變換，變換成d、q坐標軸下的偏航彎矩和俯仰彎矩；通過蟻群PID控制器得到d、q坐標軸下的獨立變槳槳距角，再經過科爾曼逆變換變換成不同槳葉的優化槳距角，將優化槳距角與統一變槳槳距角進行比較分析，得到槳距角控制信號，完成風電機組獨立變槳的執行動作。本控制方法采用智能算法結合傳統PID控制器的方法，具有自適應性，靜態性能良好，提高了風電機組變槳控制系統的動態性能，并且降低了風電機組關鍵部件的不平衡載荷，提高了風機壽命。
【IPC分類】F03D7/04, F03D7/02
【公開號】CN105649877
【申請號】
【發明人】周臘吾, 鄧寧峰, 陳浩, 韓兵, 田猛
【申請人】湖南世優電氣股份有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年1月13日