[發明專利]非線性前饋與模糊PID結合的風力發電機組變槳距控制方法

有效

• 申請號: 201410162896.3
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN104005909B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 唐賢倫;王福龍;胡向東;蔣暢江;張毅;張莉;姜吉杰
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司50102
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，具體是一種非線性前饋與多Agent粒子群(MAPSO)優化模糊PID控制結合的風力發電機組變槳距控制方法。

背景技術

現代風力發電興起于20世紀70年代，經過多年的發展從最初的定槳距到現在的變槳距，從恒速恒頻到如今的變速恒頻，風力發電技術已較為成熟，基本實現了風力發電機組從能夠向電網供電到理想地向電網供電的最終目標。

近年來變槳距機組逐漸成為風力發電的主流機型。為了保證大中型風力發電機組在額定風速以上安全運行并能穩定地輸出額定功率，通常采用變槳距控制方式即通過改變風輪槳葉槳距角進而改變風力機風能利用系數，使機組輸出功率保持穩定。

電動變槳距風力發電機組大多數是采用變增益PI或PID變槳距控制方式，通過測量偏差來調整葉片槳距角，改變氣流對葉片的攻角，從而改變風輪獲得的空氣動力轉矩使機組輸出功率保持穩定。變速變槳距風力發電機組是一個非線性、多變量、時變的復雜系統，因此很難建立精確的數學模型。對于風力發電機組的變槳距系統而言，傳統的PID反饋控制方法存在反饋信號校正動作滯后的問題，即只有當機組實際功率與功率設定值出現偏差時，控制器才會開始調節。由于變槳系統的慣性和遲延，造成控制過程動態調節時間長、超調量大。另外，風力發電機組在變槳過程中不可避免會對風力發電機組造成載荷沖擊，對于大型變速變槳距風力發電機組的變槳控制，如何能在提高功率品質的同時，降低風力發電機組關鍵部位的載荷成為主要問題。

因此，設計一種新型風力發電機組變槳系統控制方法，以解決現有技術存在的問題，具有重要的理論和現實意義。

發明內容

針對以上現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種提高模糊控制器的魯棒性和控制精度、減少了系統的調節時間而且降低了機械抖動的方法，本發明的技術方案如下：一種非線性前饋與模糊PID結合的風力發電機組變槳距控制方法,其包括以下步驟：

101、用功率表測量風力發電機組的發電機功率P；

102、將步驟101得到的發電機功率P與發電機額定功率P₀進行差值運算得到功率偏差ΔP，并計算出Δt時間內的功率偏差率ΔP/Δt；

103、初始化模糊控制器、PID控制器，根據步驟102得到的功率偏差ΔP、功率偏差率ΔP/Δt，將功率偏差ΔP、功率偏差率ΔP/Δt作為模糊控制器的輸入變量，即誤差信號E和誤差信號變化率EC，然后選擇模糊控制器中模糊子集的隸屬度函數，去模糊化，并將隸屬度函數的頂點坐標作為一個粒子，采用多Agent粒子群MAPSO尋優算法優化模糊控制器的隸屬度函數，得出模糊控制器的輸出為三個增益K_P，K_I，K_D，將K_P，K_I，K_D作為PID控制器的輸入變量，所述PID控制器的輸出為變槳距控制期望輸出的槳距角β₁；

104、采集風力發電機組的發電機風速數據V(t)，將風力發電機組的發電機風速數據V(t)作為自變量，將發電機槳距角β(t)作為因變量,對發電機槳距角—風速數據對進行擬合，建立槳距角—風速非線性前饋控制器模型：

β_f(t)＝β(V)＝a₀+a₁V+a₂V²+…+a_nVⁿ，非線性前饋控制器中系數采用最小二乘多項式擬合方法來確定，設當前時刻的測量風速為V_t，上一控制時刻的實際槳距角為β_f(t-1)，則前饋控制器的輸出增量型參考前饋槳距角為：β₂＝β_f(t)-β_f(t-1)；

105、將步驟103中得到的變槳距控制期望輸出的槳距角β₁與步驟104得到的前饋槳距角β₂相加，得到發電機葉片的變槳角度β，即β＝β₁+β₂；

106、將步驟105中的發電機葉片變槳角度β傳輸給發電機變槳執行機構，所述發電機變槳執行機構根據發電機葉片變槳角度β進行變槳，完成控制。

進一步的，步驟103中，模糊控制器規則表示成：