[發明專利]一種基于功率模糊控制的風力發電機組變槳控制方法

有效

• 申請號: 202110237937.0
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112983737B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 王灑;王大偉;蔡高原;李兵兵;魏慶海;李彬
• 申請（專利權）人: 中國大唐集團科學技術研究院有限公司華中電力試驗研究院
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 鄭州市華翔專利代理事務所(普通合伙) 41122
• 代理人: 張愛軍

本發明涉及風力發電機組變槳控制技術。基于功率模糊控制的風力發電機組變槳控制方法，基于風電機組功率偏差和轉速偏差的耦合變槳控制技術，提出一種雙參量功率控制器，將功率偏差、轉速偏差及其變化率四個變量同時作為模糊推理的輸入量，構建四輸入一輸出的模糊推理規則，推理得到PI變槳控制的模糊補償值，將轉速偏差及其變化率/變化趨勢超前應用于恒功率控制階段，使風電機組對因轉速變化造成的功率波動作出提前感知和預判，進而控制變槳執行機構超前動作，以避免因變槳遲滯造成風電機組超發功率或者風能資源的浪費。提升了風電機組控制系統在復雜工況下的抗干擾能力和快速響應能力。

技術領域

本發明涉及風力發電機組變槳控制，尤其是涉及一種基于功率模糊控制的風力發電機組變槳控制方法，用于實現風電機組在復雜風況下變槳距控制。

背景技術

目前，風力發電機組變槳控制多采用傳統的PID控制器，通過有差調節的方法實現變槳控制目的，從而保持機組的輸出功率穩定。但是由于風電機組具非線性程度強和轉動慣量大的特點，同時風速變化具有較大的隨機性，且機組的數學模型難以確定，PID算法對于復雜的風機變槳控制難以取得良好的效果。

由于傳統PI變槳控制的固有缺陷，在面對復雜的陣風及湍流風況時，風電機組極易出現“失控”的現象，比較典型的是超速、過功率故障頻發，這些故障不僅降低了機組的可利用率，也會加重風機運行載荷，降低零部件使用壽命；另一方面，傳統PI控制方法由于缺乏動態穩定性和抗干擾能力，導致風電機組在運行過程中遭受擾動較大，難以實現風能的高效利用，造成發電效率低下的問題。

模糊控制無需精確的數學模型即可實現風力發電機組的穩定控制功能，可以高效地綜合專家的經驗知識，具有較好的動態性能和魯棒性，對于非線性變量多的風力發電機組控制系統能產生令人滿意的控制效果。

發明內容

本發明針對現有技術不足，提出一種基于功率模糊控制的風力發電機組變槳控制方法，以提升風電機組控制系統在復雜工況下的抗干擾能力和快速響應能力。

本發明采用的技術方案：

一種基于功率模糊控制的風力發電機組變槳控制方法，基于風電機組功率偏差和轉速偏差的耦合變槳控制技術，提出一種雙參量功率控制器，將功率偏差、轉速偏差及其變化率四個變量同時作為模糊推理的輸入量，構建四輸入一輸出的模糊推理規則，推理得到PI變槳控制的模糊補償值，將轉速偏差及其變化率/變化趨勢超前應用于恒功率控制階段，使風電機組對因轉速變化造成的功率波動作出提前感知和預判，進而控制變槳執行機構超前動作，以避免因變槳遲滯造成風電機組超發功率或者風能資源的浪費。

所述的基于功率模糊控制的風力發電機組變槳控制方法，綜合考慮轉速偏差和功率偏差對于風機變槳控制的疊加影響，采用多參量耦合的變槳控制技術，同時結合模糊控制技術，將四輸入一輸出的模糊推理矩陣，通過分層計算，轉為兩個兩輸入兩輸出的模糊矩陣，并通過線性疊加計算得到的變槳增益補償值，進而得到最終的PI控制參數，進行風力發電機組變槳控制。

所述的基于功率模糊控制的風力發電機組變槳控制方法，具體實現的步驟如下：

1)采集n時刻風電機組的發電機轉速ω(n)和發電功率P(n)；

2)計算n時刻發電機轉速與設定轉速的偏差值Δω(n)和風電機組發電功率與額定功率的偏差值ΔP(n)，以及n時刻發電機轉速偏差變化率dΔω(n)/dt和風電機組發電功率偏差變化率dΔP(n)/dt；

3)以n時刻風電機組發電功率與額定功率的偏差值ΔP(n)作為反饋信號，傳遞給PI控制器作為輸入信號，通過PI調節得到初始變槳角度值β；PI控制參數依照風電機組設計值確定；