基于模糊控制的风电机组独立变桨距控制

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1、万方数据第29卷第6期2011年12月可再生能源RenewableEnergyResourcesV01．29No．6Dec．201l基于模糊控制的风电机组独立变桨距控制姚兴佳，马佳，郭庆鼎(沈阳工业大学风能技术研究所，辽宁沈阳110023)摘要：在额定风速以上时，通常采用变桨距控制技术调节大型风电机组来稳定其输出功率。由于风力发电系统的数学模型具有高度非线性、多变量、强耦合的特点，风速又具有多变性，因此文章在分析传统的PID变桨距控制技术优缺点的基础上，提出了基于三维模糊自适应PID控制的独立变桨距控

2、制技术，并且引入风速的模糊前馈控制技术。对lMW风电机组进行仿真。结果表明，在额定风速以上时。该方法不仅能稳定风电机组的输出功率，而且可以减小桨叶的拍打振动。关键词：风力发电机组；独立变桨距；模糊控制；前馈控制中图分类号：TK83文献标志码：A文章编号：1671—5292(2011)06—0034-05IndividualpitchcontrolofwindturbinebasedonfuzzycontrolYAOXing-jia，MAJia，GUOQing-ding(WindEnergyInstit

3、ute，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110023，China)Abstract：Large--scalewindturbineusuallywasregulatedbyvariablepitchcontroltomaintaintheoutputpowerwhenwindspeedaboverating．Asthemathematicalmodelofwindpowergenerationsys-temshasthecharacteristicsofh

4、ighlynonlinear，multivariable，andstrongcoupling，withthevariabilityofwindspeed，A3一Dfuzzy—PIDcontrollerinindividualpitchcontrolwasproposedbasedonthe萄d-vantagesandshortcomingsofPIDcontroller，withfuzzyfeed-forwardcontrolofwindspeed．Bythesire-ulationanalysiso

5、f1MWwindturbine，theresultsshowedthatthemethodcanmakeoutputpowersta-ble，anddecreasetheflappingofblades．Keywords：windturbine；individualpitchcontrol；fuzzycontrol；feed-forwardcontrolO引言在风速持续变化时。变桨距风力发电机组可以控制叶片的迎风角始终保持在最佳角度。从而使风力发电机组在不同风速下始终保持最佳转换率，使输出功率最大，但

6、是统一变桨距控制不能补偿风场引起的不均匀载荷，这是它的主要缺点1”。为了保证发电机输出功率恒定。减小桨叶拍打振动，研究人员开发了独立变桨距控制系统【醐。近年来，随着风轮直径的增加．风电机组受风速以及湍流的影响越来越大。不均匀载荷更为明显，因此，人们希望通过智能控制尽量减少结构载荷。国外对独立变桨距进行了大量的研究，随着海上风力发电的发展，对变桨距控制的要求越来越高，并且希望它能够与其他控制器相配合．设计人员也提出了很多新的控制策略来获得更好的控制效果161，171。独立变桨距控制可以根据3个桨叶各自的

7、受力情况进行单独调整，达到更佳的控制效果。由于风电机组具有强非线性。变桨系统控制起来很困难。模糊控制不依赖于控制对象的精确数学模型．在非线性系统中表现出良好的控制性能，但是存在控制死区，导致系统稳态精度低。本文提出三维模糊PID控制器，较一般的二维模糊控制器的控制更加精细，实际上是对普通的三维模糊控制器进行了降维处理，减少了控制规则，避免了“维数的灾难”；在额定风速以上时，该控制器可以保持收稿日期：201l—04-22。基金项目：国家“863”支撑计划项目(2006BAA01A03)；辽宁省科技厅攻关

8、计划项目(2009220014)。作者简介：姚兴佳(1948一)，男，辽宁抚顺人，博士生导师，教授，主要从事风力发电技术等方面的研究。E—mail：boehi234@163．com·34·万方数据姚兴佳。等基于模糊控制的风电机组独立变桨距控瓠发电机输出功率的稳定，减小桨叶受到的轴向气动力。l空气动力学与变桨距控制风力发电机的特性通常由一簇风能利用系数cD的无因次性能曲线来表示，风能利用系数是风力发电机叶尖速比A的函数(图1)。根据贝兹(Betz)定理，可