微控制器pid算法在风力发电变桨系统中应用

《微控制器pid算法在风力发电变桨系统中应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、微控制器PID算法在风力发电变桨系统中应用　　摘要：风能作为一种清洁的可再生能源，已成为世界各国新能源供应的重要手段，发展前景非常广阔。为了克服风能稳定性差的缺点，本文设计了基于微控制器PID算法的风电变桨控制系统，实现对发电机输出功率的恒定控制。Abstract：Asaclean，renewableenergy，windenergyhasbecomeanimportantpartofnewenergysuppliesaroundtheworld，anditsdevelopmentprospectsareverybright.Inorder

2、toovercometheshortcomingsofpoorwindstability，awindvariablepitchcontrolsystemisdesignedinthisarticlebasedonthemicrocontrollerPIDalgorithm，toachieveconstantcontrolofthegeneratoroutputpower.关键词：风力发电；变桨；微控制器；PIDKeywords：windpower；variablepitch；microcontrollers；PID中图分类号：TP273文献

3、标识码：A文章编号：1006-4311（2014）06-0048-020引言6风力发电由于其清洁无污染、成本低、可再生、蕴量巨大等特点，已成为新能源供应的重要手段，受到世界各国的高度重视，发展前景非常广阔。为了克服风速风向的随机性所导致的风能稳定性差的缺点，风力发电变浆系统显得尤为重要。变桨系统是使叶片的桨距角可以随风速风向的变化而进行自动调节，控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率[1]。本风力发电变浆系统拟采用32位微控制PID算法不断调整叶片桨距角，以跟随变化的风速风向，实现最大限度地捕获风能。1微控制器PID控制算法微控制器（Mic

4、rocontroller），简称MCU，也可称为单芯片微控制器，是将整个计算机系统集成到一片芯片中。微控制器由于其显著的高集成度，低成本，高性能等特点，在工业智能化、控制自动化等领域得到了广泛的应用。从上世纪七十年代至今，微控制器经历了从4位、8位、16位到32位微控制器的发展。到本世纪，几大主流微控制器制造商都在主推32位微控制器。32位微控制器克服了8位、16位微控制器抗干扰能力差，运算速度慢，处理任务单一等缺点，有效提高了工业控制性能，功能十分强大，性价比极高，是工业控制经济型用户的理想选择[2]。6PID算法由于其技术成熟，不需要建

5、立准确数学模型，控制效果显著，易被熟悉和掌握等特点，在工业控制领域经久不衰。PID控制就是对偏差信号进行比例、积分、微分运算后，形成一定的控制规律，其输入输出关系可用微分方程表示为：u（t）=Kpe（t）+■■e（t）dt+T■■（1）式中：u（t）——控制器输出；e（t）——控制器的输入（e（t）=r（t）-y（t））；Kp——控制器的比例放大系数；TI——积分时间常数；TD——微分时间常数。基于风力发电变浆系统大时滞、多干扰等特点，为了克服位置式PID算法运算量大，误动作影响大等缺陷，文中微控制器将采用增量式PID控制算法。增量式算法的

6、主要优势体现在对积分环节的处理上，其输出是控制量u（n）的增量Δu（n），误动作影响小。将公式（1）中的微分■由差分■代替，积分■e（t）dt由∑eKT代替，PID增量式控制算法如下[3]：△un=un-un-1=K■（e■-e■）+■（■e■-■e■）+■（e■-2e■+e■）=KP（en-en-1）+Kp■en+Kp■（en-2en-1+en-2）（2）=KP（en-en-1）+KIen+KD（en-2en-1+en-2）6由上式可知，增量式PID计算△un，只需要记忆当前时刻en和前两个时刻的偏差en-1和en-2。为了便于计算，初始

7、化时，使初值en-1=en-2=0，通过采样数据和参数KP、KD、KI、en、en-1和en-2，实时计算△un。根据输出控制增量△un，可求出本次控制输出为：un=un-1+△un（3）2微控制器PID算法在风力发电变桨系统中的应用风力发电变桨距控制的原理：为了保证能够向电网输送优质、稳定的电能，主控制器需要根据风速、发电机转速、电功率等参数实时调整桨叶转过合适的角度，以维持发电机输出功率的恒定。风力发电变桨距微控制系统原理，如图1所示[4]。本风力发电变桨距微控制系统采用闭环负反馈方式，通过STM32系列的32位微控制器实时采样发电机的

8、输出功率，与设定的额定功率进行比较，其功率的偏差值e作为微控制器PID算法的输入，根据微控制器内部编写好的增量式PID控制算法来实时调节风力机组的桨距角，以实现功率恒定控制。微控