基于小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)pid控制的風(fēng)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的風(fēng)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)其特征在于它包括監(jiān)測(cè)單元、軟并網(wǎng)裝置和控制單元；其優(yōu)越性在于：具有較好的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性；適用于不同風(fēng)速下的風(fēng)電機(jī)并網(wǎng)。對(duì)大容量的兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)同樣適用。
【專利說明】基于小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Pl D控制的風(fēng)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系
統(tǒng)
(-)【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Cerebellar ModelArticulation Controller, CMAC)-比例積分微分(Proportion Integral Differential,PID)控制，尤其是一種基于小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的風(fēng)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)。
(二)【背景技術(shù)】:
[0002]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組隨著單機(jī)容量的不斷增大，在并網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊也越來越大。這種沖擊嚴(yán)重時(shí)不僅會(huì)引起電網(wǎng)電壓的大幅度下降，威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全，并且可能對(duì)發(fā)電機(jī)和機(jī)械部件(塔架、槳葉、增速器等)造成損壞，如果并網(wǎng)沖擊時(shí)間持續(xù)過長，還可能使系統(tǒng)瓦解或威脅其它掛網(wǎng)機(jī)組的正常運(yùn)行。因此，采用合理的并網(wǎng)技術(shù)是一個(gè)不可忽視的問題。
[0003]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性過程，不僅要監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，對(duì)并脫網(wǎng)進(jìn)行控制，確保運(yùn)行過程中的安全性與可靠性，還要根據(jù)風(fēng)速與風(fēng)向的變化，對(duì)機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化控制，提高機(jī)組的運(yùn)行效率和發(fā)電量。20世紀(jì)90年代以來風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用基于單片機(jī)、可編程控制器的微機(jī)控制，機(jī)組運(yùn)行的可靠性和自動(dòng)化程度越來越高。現(xiàn)在，國外大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)控和無人值守，控制的智能化程度較高；我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的軟并網(wǎng)研究主要集中在機(jī)組的自動(dòng)監(jiān)控和無人值守以及大容量機(jī)組的新型算法方面。
(三)實(shí)用新型內(nèi)容:
[0004]本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種基于小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的風(fēng)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)，它針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，是一種基于小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-比例積分微分控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)，具有較高的學(xué)習(xí)速率和精度，可最大程度地限制并網(wǎng)沖擊電流，適用于大容量風(fēng)電機(jī)組的軟并網(wǎng)控制。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種基于小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的風(fēng)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和外部電網(wǎng)，其特征在于它包括監(jiān)測(cè)單元、軟并網(wǎng)裝置和控制單元；其中，所述監(jiān)測(cè)單元的輸入的監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的信號(hào)，其輸出端連接控制單元的輸入端；所述軟并網(wǎng)裝置的輸入端分別連接控制單元的輸出端和電網(wǎng)線路，其輸出端依然與電網(wǎng)線路連接，且與電網(wǎng)連接的輸入端和輸出端之間通過電力開關(guān)連接。
[0006]所述的風(fēng)機(jī)是由葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)以及監(jiān)測(cè)單元組成；所述齒輪箱的輸入端接收風(fēng)力機(jī)的信號(hào)，其輸出端連接異步發(fā)電機(jī)的輸入端。
[0007]所述監(jiān)測(cè)單元是由定子電流檢測(cè)單元和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元構(gòu)成；其中，所述定子電流檢測(cè)單元的輸入端采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的定子電流信號(hào)，其輸出端連接控制單元；所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元的輸入端采集風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)，其輸出端連接控制單元。
[0008]所述軟并網(wǎng)裝置的主電路由3對(duì)反并聯(lián)的晶閘管、斷路器及其保護(hù)電路所組成；其中，所述3對(duì)反并聯(lián)晶閘管在軟并網(wǎng)過渡過程中，每一時(shí)刻，有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，構(gòu)成一個(gè)導(dǎo)通回路；所述晶閘管串聯(lián)于電機(jī)出線與電網(wǎng)之間，通過控制晶閘管的觸發(fā)角調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入電壓，最終限制電機(jī)電流，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊；所述斷路器由主斷路器K1、斷路器K2和斷路器K3組成，其中，所述主斷路器Kl串聯(lián)于電網(wǎng)與晶閘管之間；所述斷路器K2并聯(lián)于晶閘管兩端，在軟并網(wǎng)結(jié)束后閉合以減少主電路上器件的功耗；所述斷路器K3為電機(jī)斷路器，串接于發(fā)電機(jī)與晶閘管之間；所述保護(hù)電路是由并聯(lián)在晶閘管兩端的電阻和電容構(gòu)成的吸收保護(hù)回路。
[0009]所述控制單元為CMAC與PID復(fù)合控制器，由CMAC模塊和PID控制器構(gòu)成。
[0010]本實(shí)用新型的工作過程，如圖3、圖4所示:
[0011](1)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由葉輪吸收風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能旋轉(zhuǎn)起來，其轉(zhuǎn)速從啟動(dòng)開始逐漸加快，且加速度隨風(fēng)速的變化而變化；
[0012](2)通過監(jiān)測(cè)單元采集風(fēng)電機(jī)組的定子電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為控制器的輸入?yún)?shù)；
[0013](3)控制器以系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差作為輸出，Un為CMAC的輸出，u為總控制的輸出，采用有導(dǎo)師學(xué)習(xí)算法，每一控制周期結(jié)束時(shí)，計(jì)算相應(yīng)的CMAC輸出，并與總控制輸入u相比較，進(jìn)行權(quán)值修正，即學(xué)習(xí)過程；學(xué)習(xí)的目的是使總控制輸入與CMAC的輸出之差最小，即最終總控制輸入主要由CMAC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生；
[0014](4)設(shè)初始狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的所有權(quán)值為0，控制時(shí)，將系統(tǒng)的當(dāng)前誤差量化后作為地址輸入到CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在CMAC存儲(chǔ)器中找到與之對(duì)應(yīng)的c個(gè)地址，每個(gè)單元存放著相應(yīng)的權(quán)值，CMAC的輸出為這c個(gè)實(shí)際存儲(chǔ)器的權(quán)值之和，即
[0015]un (k) = Xw(k)(2)
[0016](5)被控對(duì)象總的控制作用為CMAC控制器與PID控制器的輸出之和。
[0017]u (k) = un (k) +up (k)(3)
[0018](6)每一控制周期結(jié)束時(shí)，計(jì)算CMAC的輸出，并與總控制輸出相比較，修改權(quán)重，進(jìn)行學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)的目的是使總控制輸入與CMAC的輸出之差最小；權(quán)值調(diào)整公式為
[0019]w (k+1) = w (k) + η [u (k)-un (k) ] (4)
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種基于小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的風(fēng)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和外部電網(wǎng)，其特征在于它包括監(jiān)測(cè)單元、軟并網(wǎng)裝置和控制單元；其中，所述監(jiān)測(cè)單元的輸入的監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的信號(hào)，其輸出端連接控制單元的輸入端；所述軟并網(wǎng)裝置的輸入端分別連接控制單元的輸出端和電網(wǎng)線路，其輸出端依然與電網(wǎng)線路連接，且與電網(wǎng)連接的輸入端和輸出端之間通過電力開關(guān)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的風(fēng)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的風(fēng)機(jī)是由葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)以及監(jiān)測(cè)單元組成；所述齒輪箱的輸入端接收風(fēng)力機(jī)的信號(hào)，其輸出端連接異步發(fā)電機(jī)的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的風(fēng)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述監(jiān)測(cè)單元是由定子電流檢測(cè)單元和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元構(gòu)成；其中，所述定子電流檢測(cè)單元的輸入端采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的定子電流信號(hào)，其輸出端連接控制單元；所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元的輸入端采集風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)，其輸出端連接控制單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的風(fēng)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述軟并網(wǎng)裝置的主電路由3對(duì)反并聯(lián)的晶閘管、斷路器及其保護(hù)電路所組成；其中，所述3對(duì)反并聯(lián)晶閘管在軟并網(wǎng)過渡過程中，每一時(shí)刻，有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，構(gòu)成一個(gè)導(dǎo)通回路；所述晶閘管串聯(lián)于電機(jī)出線與電網(wǎng)之間，通過控制晶閘管的觸發(fā)角調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入電壓，最終限制電機(jī)電流，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊；所述斷路器由主斷路器K1、斷路器K2和斷路器K3組成，其中，所述主斷路器Kl串聯(lián)于電網(wǎng)與晶閘管之間；所述斷路器K2并聯(lián)于晶閘管兩端，在軟并網(wǎng)結(jié)束后閉合以減少主電路上器件的功耗；所述斷路器K3為電機(jī)斷路器，串接于發(fā)電機(jī)與晶閘管之間；所述保護(hù)電路是由并聯(lián)在晶閘管兩端的電阻和電容構(gòu)成的吸收保護(hù)回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的風(fēng)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制單元為CMAC與PID復(fù)合控制器，由CMAC模塊和PID控制器構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK203574387SQ201320727596
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】馬步云, 周雪松, 尚斌, 馬幼捷, 隋小雨, 才鴻飛, 曲兆旭, 葛林耀, 王斌, 王錚, 楊凱, 張改利 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)新源張家口風(fēng)光儲(chǔ)示范電站有限公司, 天津理工大學(xué)