基于粒子群优化同步风力发电机励磁系统变论域模糊控制

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1、·机械研究与应用·２０１５年第２期（第２８卷，总第１３６期）检测与控制基于粒子群优化的同步风力发电机励磁系统的变论域模糊控制张翔，董海鹰（兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃兰州７３００７０）摘要：针对直接并网型同步风力发电机励磁系统非线性、时变性及风力发电机运行工况多变等特点，提出了一种基于粒子群优化的同步风力发电机励磁系统的变论域模糊控制方法。该方法中，通过分析确定变论域伸缩因子的结构，利用粒子群算法优化其参数，实现伸缩因子参数的智能寻优。将粒子群优化的变论域模糊控制器应用于励磁控制中，根据电压环的性能指标建立目标函数，通过

2、对基本论域自适应调整，实现了同步风力发电机励磁系统在全工况下的自适应控制，提高了发电机端电压的调节精度和运行的稳定性。仿真结果表明，基于粒子群优化的变论域模糊控制在动态性能和稳态性能上优于模糊控制。关键词：同步风力发电机；励磁系统；变论域模糊控制；粒子群算法；伸缩因子中图分类号：ＴＭ６１４文献标志码：Ａ文章编号：１００７－４４１４（２０１５）０２－０１７１－０５ＶａｒｉａｂｌｅＵｎｉｖｅｒｓｅＦｕｚｚｙＣｏｎｔｒｏｌｏｆＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＷｉｎｄＧｅｎｅｒａｔｏｒＥｘｃｉｔａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＰａｒｔｉｃｌ

3、ｅＳｗａｒｍＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＺＨＡＮＧＸｉａｎｇ，ＤＯＮＧＨａｉ－ｙｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｃａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＬａｎｚｈｏｕＧａｎｓｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｌｉｋｅｎｏｎｌｉｎｅａｒ，ｔｉｍｅ－ｖａｒｙｉｎｇａｎｄｃｈａｎｇｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｎｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｗｉｎｄｇｅ

4、ｎｅｒａｔｏｒｗｉｔｈｄｉｒｅｃｔｌｙｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ，ａｖａｒｉａｂｌｅｕｎｉｖｅｒｓｅｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｏｒｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＰＳＯｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｗｉｔｈｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ－ｅｘｐａｎｓｉｏｎｆａｃｔｏｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓａｃｈｉｅｖｅｄｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇａｎｄｄｅｃｉｄｉｎ

5、ｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｕｎｉｖｅｒｓｅｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ－ｅｘｐａｎｓｉｏｎｆａｃｔｏｒ，ａｎｄｕｓｉｎｇｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｉｔｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ａｆｔｅｒａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｖａｒｉａｂｌｅｕｎｉｖｅｒｓｅｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｔｏｔｈｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｌｏｏｐｐｅｒ

6、ｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅｎａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｏｒｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓａｃｈｉｅｖｅｄｖｉａａｄｊｕｓｔｉｎｇｂａｓｉｃｕｎｉｖｅｒｓｅｏｆｄｉｓｃｏｕｒｓｅ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｔｅｒｍｉｎａｌｖｏｌｔａｇｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｕｎｎｉｎｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｉｓｓｕｐｅｒｉｏｒｔｏｔｈｅｔｒａ

7、ｄｉｔｉｏｎａｌｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｉｎｂｏｔｈｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｖａｒｉａｂｌｅｕｎｉｖｅｒｓｅｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ；ｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ－ｅｘｐａｎｓｉｏｎｆａｃｔｏｒ［５］０引言变流器对输出电压进行变频变压之后并网，以上随着我国风电并网容量逐年增大，大规模风电场两种机组存在低电压穿越能力差、无

8、功输出能力不［１］足、电能质量等问题，很难满足我国对大规模风电并并网对电力系统稳定性有着直接影响。电压控制对于提高电力系统的稳定性、维持系统电压平衡和传网越来越高的并网要求。前端调速式风电机组采用［２］液力变矩前端调速系统实现了电励磁