一种基于模糊前馈和模糊‑PI的变桨距控制方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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系统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，并且提高了系统的动静态特性，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。

A pitch fuzzy feedforward and fuzzy PI control method based on distance

The invention discloses a control method of variable pitch distance fuzzy feedforward and fuzzy based on PI, including fuzzy feedforward control, the fuzzy velocity disturbance feedforward compensation feedforward control is given the right angle, pitch angle and the sum of the output fuzzy PI control, as the pitch of the reference value; fuzzy PI control the, fuzzy PI control is composed of fuzzy control and PI control is composed of double mode control, scope of power change using fuzzy control when large and smaller, through a nonlinear function smooth switching control for PI. One of the pitch fuzzy feedforward and fuzzy PI control method based on distance, not only solves the simple PID control can not achieve satisfactory control effect in strong nonlinear wind power system, but also reduce the design difficulty of the controller, and improves the static and dynamic characteristics of the system, so that the output power the generator can be stable rapidly around the rated value, reduces the impact of wind power on power grid.

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊前馈和模糊-PI的变桨距控制方法
本专利技术涉及变桨距系统控制
，具体为一种基于模糊前馈和模糊-PI的变桨距控制方法。
技术介绍
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系统，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系统的控制难度。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，使得其在非线性系统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。
技术实现思路
本专利技术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
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：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，先介绍一下本专利技术所述模糊前馈控制。本专利技术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，再介绍一下本专利技术所述模糊-PI控制。本专利技术所述模糊-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为基于本专利技术所述方法设计的风电系统整体结构示意图。图中：e功率变化、ec功率变化率、βPIPI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专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-3，本专利技术提供一种技术方案：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(LittleHigh),RH(RelativeHigh),H(High),VH(VeryHigh),SH(SuperHigh)}，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，本专利技术所述模糊-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，提高了系统的控制精度，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，显然本专利技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本专利技术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专利技术；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，本专利技术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专利技术内，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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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β

【技术特征摘要】
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(LittleHigh),RH(RelativeHigh),H(High),VH(VeryHigh),SH(SuperHigh)}，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄金杰，贾海阳，潘晓真，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23