风电机组智能模糊偏航矢量控制系统研究

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1、第30卷第4期太阳能学报Vo1．30，No．42OO9年4月ACrAENERa[AESOLAR／S咖CApt．，2OO9风电机组智能模糊偏航矢量控制系统研究朴海国，王志新(上海交通大学电气工程系，上海)摘要：开展智能模糊矢量控制研究，以提高偏航系统的稳定性与鲁棒性，有效进行偏航迎风控制。设计具有参数自调整的模糊积分控制器构建偏航矢量控制系统，采用Matlab进行仿真实验，结果表明，与常规PID控制比较，智能模糊偏航矢量控制系统稳定性和鲁棒性好，增加了系统的安全系数。矢量控制与智能模糊控制的结合能够显著提高偏航

2、系统的稳定性与鲁棒性。关键词：智能模糊；稳定性；鲁棒性；偏航控制；风电机组中图分类号：TM301文献标识码：A优于常规的PID控制器。0引言为提高偏航系统的稳定性与鲁棒性，有效进行为提高风能利用，偏航控制系统成为水平轴风偏航迎风控制，基于矢量控制与模糊控制的优点，本电机组控制系统的重要组成部分，随着风向的改变，文进行了智能模糊矢量控制研究。采用带有参数自偏航系统频繁起动，进行迎风控制[1]。偏航控制系调整的模糊积分控制器构建了偏航矢量控制系统，统的稳定性和鲁棒性是偏航控制的前提。风电机组应用Matlab仿真软

3、件建立了该系统的仿真模型，进在发电工作状态下偏航，偏航过程中，产生的陀轮力行了仿真实验，与常规PID控制比较，结果表明智能矩波动，随着偏航角和风速的变化而产生的阻力矩模糊控制系统在偏航系统的控制方面具有更优越的波动等都成为偏航系统的负载波动n]，负载波动进表现。矢量控制与智能模糊控制的结合研究对于提一步导致偏航系统转速的波动，偏航系统转速的波高偏航系统的稳定性与鲁棒性具有重要研究价值与动对于叶片、塔架等的振动有大的影响，对整个风电意义。机组系统的安全性构成威胁。如何提高偏航系统的1偏航系统稳定性和鲁棒性l5]

4、，成为重要研究内容。近年来，风能新型风电机组的大型化L7对风力机的偏航控偏航系统一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制系统的稳定性提出了更高的要求，为偏航控制系制动器、偏航计数器、扭缆保护装置、偏航液压回路统的研究提供了新的机遇。等几部分组成。主要作用有两个：其一是与风电机异步属笼感应电动机具有结构简单、易于维护、组的控制系统相互配合，使风轮始终处于迎风状态，坚固耐用等特点，成为偏航系统中常用的执行机构。提高风电机组的发电效率；其二是保障风电机组的但异步感应电动机各参数间存在着严重的耦合与非安全运行。带有偏航系

5、统结构的风电机组(WTGS．线性，使得常规的控制难以保证异步感应电动机有WindTurbineGeneratorSystem)简图如图1所示。1．1矢量控制系统较高的调速性能与精度。矢量控制完美实现了异步感应电动机的解耦控制，控制效果可与直流电动机矢量控制解决了交流电动机电磁转矩有效控制的问题，实现了交流电动机的磁通和转矩分别独立相媲美。而由模糊控制器构成的模糊控制系统具有控制，不但使系统具有良好的静态响应，而且具有良非线性的特性，并不依赖于系统精确的数学模型l。。，具有人工智能特性，在鲁棒性与适应性上也收稿

6、日期：2oo7．11-26基金项目：国家高技术研究发展计划(863)项目(2007AA05ZA58)；上海市科技发展基金(0(I2l580l7)通讯作者：朴海国(1977一)，男，博士研究生，主要从事兆瓦级风力发电机组偏航控制系统方面的研究。phg0805@sjtu．edu．cl太阳能学报3o卷现对偏航执行机构的控制。矢量控制系统结构示意图如图2所示。系统由速度矢量控制环和磁链矢量控制环构成。由图可知，磁链的给定值由速度给定值与它们的函数关系给出，经过PID调节与电流计算模块给出磁链控制电流的给定值。速度误差

7、值由模糊积分控制器给出转矩给定值，并经过计算得到转速控制电流。经过两相到三相的旋转矢量变换，图1风电机组结构简图直流控制电流给定值变换为三相交流电流给定值，Fig．1SimplestructureofWTGS并与检测的实际偏航电机定子端的三相电流比较后好的动态响应。有负载等的扰动时，为实现偏航控送入逆变器脉冲控制单元，实现对偏航电机的矢量制系统具有良好静动态性能响应，进行快速的调节，控制。速度和磁链双矢量控制环的结构提高了偏航提高系统的稳定性与鲁棒性，本文采用矢量控制实矢量系统的控制稳定性。图2矢量控制结构示

8、意图Fig．2Simplestructureofveeto~control语言变量的个数、隶属度函数的分布和模糊规则。1．2偏航系统Simulink仿真模型并用模糊规则观测器和曲面观测器决定隶属度函为实现仿真研究，本文使用Matlab／simulink提数、模糊规则的有效性。供的库元件建立了模糊矢量控制的偏航系统的仿真2模糊积分控制器设计模型。仿真模型的结构框图如图3所示。在该仿真模型中，通过模糊逻