CN106870281A - 一种基于模糊前馈和模糊‑pi的变桨距控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于模糊前馈和模糊‑PI的变桨距控制方法，包括模糊前馈控制，所述模糊前馈控制对风速的扰动给出合适的前馈补偿角，与模糊‑PI控制的输出桨距角相加，作为桨距角的参考值；模糊‑PI控制，所述模糊‑PI控制是由模糊控制和PI控制组成的双模控制，功率变化的范围较大时采用模糊控制，而较小时，则通过一个非线性函数平滑地切换为PI控制。本发明所述的一种基于模糊前馈和模糊‑PI的变桨距控制方法，既解决了单纯PID控制在强非线性风电***中不能达到令人满意的控制效果的问题，又降低了控制器的设计难度，并且提高了***的动静态特性，使发电机的输出功率能够快速稳定在额定值附近，减小了风电并网对电网的冲击。

Description

一种基于模糊前馈和模糊-PI的变桨距控制方法
技术领域
本发明涉及变桨距***控制技术领域，具体为一种基于模糊前馈和模糊-PI的变桨距控制方法。
背景技术
由于控制灵活、承受的机械力小等优点，变桨距控制方式在大型风力发电机组中，得到了广泛的应用，且多用于额定风速以上的情形。所述控制方式通过调节桨叶节距角(桨距角)，改变风能利用系数，从而改变风电机组从空气中吸收的风能，使机组实现恒功率输出。
但是，风电机组是一个多变量、强耦合的高阶非线性***，并且额定风速到切出风速之间还有相当大的范围，这大大增加了变桨距***的控制难度。基于线性化风机模型而设计的传统PID控制方式，很难满足大范围风速变化下的控制要求。当风机偏离其线性化运行点时，控制器的性能会严重降低。
模糊控制无需精确数学模型、强鲁棒性等优点，使得其在非线性***控制领域得到了研究人员的青睐。目前，在变桨距控制方法的理论研究中，模糊控制及其与其他传统线性控制方式相结合的控制方式，已被广泛使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于模糊前馈和模糊-PI的变桨距控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于模糊前馈和模糊-PI的变桨距控制方法，包括以下步骤：
首先，先介绍一下本发明所述模糊前馈控制。本发明所述模糊前馈控制可以有效的抑制风速变化对风电机组的影响，对风速的扰动给出合适的前馈补偿角，与模糊-PI控制的输出桨距角相加，作为桨距角的参考值。当风速增大时，模糊前馈控制输出为正，使桨距角增大，减小风轮吸收的风能；反之，输出为负，使风轮吸收的能量增大，从而维持功率的恒定。
接着，再介绍一下本发明所述模糊-PI控制。本发明所述模糊-PI控制是由模糊控制和PI控制组成的双模控制，PI控制是为了弥补模糊控制在盲区(一般为额定功率的1％)时控制效果不佳的缺点而设计的。简而言之，即功率变化的范围较大时采用模糊控制，而较小时，则通过下述函数平滑地切换为PI控制。
βu＝α(e)βF+(1-α(e))βPI (1)
其中
式(2)中x1为风力发电机额定功率的1％，x2为风力发电机额定功率的1.23％，P为过渡区域切换系数，P越小，随着误差增大模糊控制的作用缓慢增大。
附图说明
图1为模糊前馈控制规则表；
图2为模糊-PI控制规则表；
图3为基于本发明所述方法设计的风电***整体结构示意图。
图中：e功率变化、ec功率变化率、βPI PI控制输出的桨距角、βF模糊控制输出的桨距角、βu模糊-PI控制输出的桨距角、Δβ前库补偿角、βd桨距角参考值、β桨叶实际变化的桨距角。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于模糊前馈和模糊-PI的变桨距控制方法，包括模糊前馈控制，模糊前馈控制以上一时刻的风速v(k-1)为输入量1，模糊子集为{LH(Little High),RH(Relative High),H(High),VH(Very High),SH(Super High)}，以风速增量ΔV为输入量2，模糊子集为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，以前馈补偿角Δβ为输出量，模糊子集为{BNB,SNB,BNM,SNM,BNS,SNS,ZO,SPS,BPS,SPM,BPM,SPB,BPB}，输入/输出量的隶属度函数均采用三角函数，解模糊方法为重心法，模糊前馈控制可以有效的抑制风速变化对风电机组的影响，对风速的扰动给出合适的前馈补偿角Δβ，并与模糊-PI控制的输出桨距角βu相加，作为桨距角的参考值βd，当风速增大时，模糊前馈控制输出为正，使桨距角增大，减小风轮吸收的风能，反之，输出为负，使风轮吸收的能量增大，从而维持功率的恒定；模糊-PI控制，本发明所述模糊-PI控制器是由模糊和PI组成的双模控制器，以功率变化e和功率变化率ec为输入量，以桨距角βu为输出量，输入/输出量模糊子为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，隶属度函数均采用平滑的高斯函数，解模糊方法仍选择重心法，模糊-PI控制结合了模糊控制鲁棒性好、抗干扰能力强、无需精确的数学模型和PI控制稳态精度高、能快速消除稳态误差的特点，两者形成优势互补，提高了***的控制精度，PI控制器是为了弥补模糊控制器在盲区(一般为额定功率的1％)时控制效果不佳的缺点而设计的。简而言之，即功率变化的范围较大时采用模糊控制，而较小时，则通过下述函数平滑地切换为PI控制。
βu＝α(e)βF+(1-α(e))βPI (1)
其中
式(2)中x1为风力发电机额定功率的1％，x2为风力发电机额定功率的1.23％，p为过渡区域切换系数，P越小，随着误差增大模糊控制的作用缓慢增大。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种基于模糊前馈和模糊-PI的变桨距控制方法，其特征在于：包括模糊前馈控制，模糊前馈控制以上一时刻的风速v(k-1)为输入量1，模糊子集为{LH(Little High),RH(Relative High),H(High),VH(Very High),SH(Super High)}，以风速增量ΔV为输入量2，模糊子集为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，以前馈补偿角Δβ为输出量，模糊子集为{BNB,SNB,BNM,SNM,BNS,SNS,ZO,SPS,BPS,SPM,BPM,SPB,BPB}，输入/输出量的隶属度函数均采用三角函数，解模糊方法为重心法，模糊前馈控制可以有效的抑制风速变化对风电机组的影响，对风速的扰动给出合适的前馈补偿角Δβ，并与模糊-PI控制的输出桨距角βu相加，作为桨距角的参考值βd，当风速增大时，模糊前馈控制输出为正，使桨距角增大，减小风轮吸收的风能，反之，输出为负，使风轮吸收的能量增大，从而维持功率的恒定；模糊-PI控制，本发明所述模糊-PI控制器是由模糊和PI组成的双模控制器，以功率变化e和功率变化率ec为输入量，以桨距角βu为输出量，输入/输出量模糊子为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，隶属度函数均采用平滑的高斯函数，解模糊方法仍选择重心法，模糊-PI控制结合了模糊控制鲁棒性好、抗干扰能力强、无需精确的数学模型和PI控制稳态精度高、能快速消除稳态误差的特点，两者形成优势互补，提高了***的控制精度，PI控制器是为了弥补模糊控制器在盲区(一般为额定功率的1％)时控制效果不佳的缺点而设计的，简而言之，即功率变化的范围较大时采用模糊控制，而较小时，则通过下述函数平滑地切换为PI控制；
βu＝α(e) βF+(1-α(e))βPI (1)
其中
式(2)中x1为风力发电机额定功率的1％，x2为风力发电机额定功率的1.23％，p为过渡区域切换系数，P越小，随着误差增大模糊控制的作用缓慢增大。
2.根据权利要求1所述的一种基于模糊前馈和模糊-PI的变桨距控制方法，其特征在于：所述模糊前馈控制器，模糊前馈控制器可以很好的抑制其对风电机组的影响，对风速的扰动给出合适的桨距角补偿值，与模糊-PI控制器的输出桨距角值相加，作为桨距角的参考值。
3.根据权利要求1所述的一种基于模糊前馈和模糊-PI的变桨距控制方法，其特征在于：所述模糊-PI控制器，结合了模糊控制鲁棒性好、抗干扰能力强、无需精确的数学模型和PI控制稳态精度高、能快速消除稳态误差的特点，两者形成优势互补，提高了***的控制精度。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108343546A (zh) * 2018-01-31 2018-07-31 许继集团有限公司 一种基于pi算法的风机变桨控制方法及***
CN108412688A (zh) * 2018-04-11 2018-08-17 上海电机学院 一种风速前馈与模糊pid结合的变桨控制方法
CN108631671A (zh) * 2018-04-18 2018-10-09 哈尔滨理工大学 一种基于模糊补偿的电机转速控制方法
CN110374804A (zh) * 2019-07-03 2019-10-25 西安交通大学 一种基于深度确定性策略梯度补偿的变桨距控制方法
CN112983737A (zh) * 2021-03-04 2021-06-18 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中电力试验研究院 一种基于功率模糊控制的风力发电机组变桨控制方法
WO2023092783A1 (zh) * 2021-11-23 2023-06-01 南瑞集团有限公司 一种可抑制多扰动因素的风机模糊自适应变桨距控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2300201A1 (en) * 1997-08-08 1999-02-18 Zond Energy Systems, Inc. Variable speed wind turbine generator
CN103016266A (zh) * 2013-01-11 2013-04-03 华北电力大学 模糊前馈与线性自抗扰结合的风电机组变桨距控制方法
US20130085621A1 (en) * 2011-10-04 2013-04-04 Institute Of Nuclear Energy Research Atomic Energy Council Executive Yuan Hybrid intelligent control method and system for power generating apparatuses
CN104005909A (zh) * 2014-04-22 2014-08-27 重庆邮电大学 非线性前馈与模糊pid结合的风力发电机组变桨距控制方法
CN105508135A (zh) * 2015-12-14 2016-04-20 沈阳华创风能有限公司 一种基于模糊前馈与模糊pid控制结合的变桨控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2300201A1 (en) * 1997-08-08 1999-02-18 Zond Energy Systems, Inc. Variable speed wind turbine generator
US20130085621A1 (en) * 2011-10-04 2013-04-04 Institute Of Nuclear Energy Research Atomic Energy Council Executive Yuan Hybrid intelligent control method and system for power generating apparatuses
CN103016266A (zh) * 2013-01-11 2013-04-03 华北电力大学 模糊前馈与线性自抗扰结合的风电机组变桨距控制方法
CN104005909A (zh) * 2014-04-22 2014-08-27 重庆邮电大学 非线性前馈与模糊pid结合的风力发电机组变桨距控制方法
CN105508135A (zh) * 2015-12-14 2016-04-20 沈阳华创风能有限公司 一种基于模糊前馈与模糊pid控制结合的变桨控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李国志等: "模糊PI复合控制器在永磁同步电机功的应用", 《机床与液压》 *
牛志刚等: "应用于直线电机的平滑切换模糊PID控制方法", 《中国电机工程学报》 *
郭鹏: "模糊前馈与模糊PID结合的风力发电机组变桨距控制", 《中国电机工程学报》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108343546A (zh) * 2018-01-31 2018-07-31 许继集团有限公司 一种基于pi算法的风机变桨控制方法及***
CN108343546B (zh) * 2018-01-31 2019-07-23 许继集团有限公司 一种基于pi算法的风机变桨控制方法及***
CN108412688A (zh) * 2018-04-11 2018-08-17 上海电机学院 一种风速前馈与模糊pid结合的变桨控制方法
CN108631671A (zh) * 2018-04-18 2018-10-09 哈尔滨理工大学 一种基于模糊补偿的电机转速控制方法
CN110374804A (zh) * 2019-07-03 2019-10-25 西安交通大学 一种基于深度确定性策略梯度补偿的变桨距控制方法
CN110374804B (zh) * 2019-07-03 2020-06-19 西安交通大学 一种基于深度确定性策略梯度补偿的变桨距控制方法
CN112983737A (zh) * 2021-03-04 2021-06-18 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中电力试验研究院 一种基于功率模糊控制的风力发电机组变桨控制方法
CN112983737B (zh) * 2021-03-04 2022-04-01 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中电力试验研究院 一种基于功率模糊控制的风力发电机组变桨控制方法
WO2023092783A1 (zh) * 2021-11-23 2023-06-01 南瑞集团有限公司 一种可抑制多扰动因素的风机模糊自适应变桨距控制方法

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