[發明專利]一種大型風力機的恒定輸出功率控制方法

有效

• 申請號: 201811008114.5
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109209768B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 任海軍;鄧廣;吉昊;鄭智文;郭儒
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04;F03D17/00
• 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;陳棟梁

本發明請求保護一種大型風力機恒定輸出功率控制方法，涉及風力機功率控制領域。首先，本發明在分析風力機系統影響功率輸出狀態變量的基礎上，提出了變槳控制和轉矩控制采用串聯和并聯相結合的復合控制策略。然后，提出采用人工蜂群算法對PID控制器初始參數進行優化的方法，減小初始時刻參數設置不當產生的過大超調量對系統的沖擊。接著，設計了模糊推理規則對PID參數進行在線調整，并對模糊推理的論域做變論域處理，提高控制器自適應能力。本發明在減小系統超調的基礎上，提高了控制器的自適應能力。因此，輸出功率質量得到有效提高。

技術領域

本發明屬于風力機恒定輸出功率控制領域，具體涉及一種屬于融合人工蜂群算法和變論域模糊的大型風力機功率控制方法，。

背景技術

大型變槳變速風力機是風力發電機的主流機型之一，具有可調速、可通過改變槳距角大小調節輸出功率的特點，可提高輸出電能質量、降低物理系統受損率[1-3]。控制系統設計是大型風力機的核心關鍵技術，各國學者以及風電企業投入很大精力開發有效的控制算法。從最常用的PID算法到智能控制算法，以及多種智能算法的融合，被應用到風力機控制系統中。而且，由于風力機的強非線性特點，需要進行線性化處理或者直接采用非線性控制方法。林勇剛等[4] 以變槳角度和輸出功率為判斷依據，對變速變槳風力機進行恒功率與最大風能追蹤控制。在額定風速以上，由于槳距角變化與輸出功率呈非線性關系，因此將變槳角度變化分為幾個階段，每個階段采用不同的PID控制參數，以此提高功率控制質量。郭鵬[5]采用PID控制與模糊控制相結合的方式進行變槳控制。當偏差較大時，采用模糊算法給出控制量，實現偏差的快速調節。當偏差較小時，采用PID控制器消除穩態誤差。這樣，根據兩種控制算法各自的特點，提高了控制效率。殷秀興等[6]采用二維模糊向量表算法求得槳距角給定值，采用重復PID控制器實現槳距角的跟蹤控制。由于重復PID控制器不僅考慮了當前時刻的偏差信號，而且還考慮了過去時刻的控制偏差，因此提高了控制精度。韓兵等[7]采用RBF神經網絡實現獨立變槳系統的自適應控制，采用Lyapunov 得到神經網絡的自適應率，以這種在線調整的方式調節網絡權值，這樣，變槳系統動態特性得到優化。耿華等[8]分析了應用逆系統方法對變槳距風力機進行功率控制過程中，發生參數擾動時的魯棒性。提出了在逆系統控制器基礎上引入魯棒補償項，消除參數大范圍變化時對系統的影響。這些方法都在一定程度上優化了變槳控制系統，取得了一定的研究成果，促進了風力機技術的發展。

但是，風力機的輸出功率和風速的立方成正比，微小風速變化就會引起輸出功率的較大變化，而且，輸出功率與變槳角度和葉尖速比是非線性關系，以及變槳系統的時滯特性，這些因素都使得控制系統設計變得復雜，如何實現精確控制成為學者們努力解決的問題。針對風力機輸出功率恒定控制中PID控制器的不足，需要設計更加合理的控制策略及算法，提高控制器性能，使額定風速以上時，功率波動小、能夠穩定輸出。

超過額定風速后，風力機的輸出功率恒定控制是研究的熱點問題之一。采用調節變槳角度的方式控制輸出功率是典型的控制方法，但是，由于大型風力機葉片長、質量大，變槳滯后現象明顯，當風速在小范圍內快速波動時，變槳速率與風速變化頻率難以匹配，使得控制效果變差。針對這個問題，提出當風速變化較大時采取變槳控制和轉矩控制相結合，當風速變化較小時采用轉矩控制的復合控制策略。而且，針對PID控制器初始值不易確定和難以適應外部變化的不足，提出采用人工蜂群算法與變論域模糊推理相結合的智能控制方法。參考文獻

[1]Pedram Bagheri,Qiao Sun.Adaptive robust control of a class of non-affine variable-speed variable-pitch wind turbines with unmodeled dynamics[J].ISA Transactions,2016,63:233-241.