[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体是一种非线性前馈与多Agent粒子群(MAPSO)优化模糊PID控制结合的风力发电机组变桨距控制方法。

背景技术

现代风力发电兴起于20世纪70年代，经过多年的发展从最初的定桨距到现在的变桨距，从恒速恒频到如今的变速恒频，风力发电技术已较为成熟，基本实现了风力发电机组从能够向电网供电到理想地向电网供电的最终目标。

近年来变桨距机组逐渐成为风力发电的主流机型。为了保证大中型风力发电机组在额定风速以上安全运行并能稳定地输出额定功率，通常采用变桨距控制方式即通过改变风轮桨叶桨距角进而改变风力机风能利用系数，使机组输出功率保持稳定。

电动变桨距风力发电机组大多数是采用变增益PI或PID变桨距控制方式，通过测量偏差来调整叶片桨距角，改变气流对叶片的攻角，从而改变风轮获得的空气动力转矩使机组输出功率保持稳定。变速变桨距风力发电机组是一个非线性、多变量、时变的复杂系统，因此很难建立精确的数学模型。对于风力发电机组的变桨距系统而言，传统的PID反馈控制方法存在反馈信号校正动作滞后的问题，即只有当机组实际功率与功率设定值出现偏差时，控制器才会开始调节。由于变桨系统的惯性和迟延，造成控制过程动态调节时间长、超调量大。另外，风力发电机组在变桨过程中不可避免会对风力发电机组造成载荷冲击，对于大型变速变桨距风力发电机组的变桨控制，如何能在提高功率品质的同时，降低风力发电机组关键部位的载荷成为主要问题。

因此，设计一种新型风力发电机组变桨系统控制方法，以解决现有技术存在的问题，具有重要的理论和现实意义。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种提高模糊控制器的鲁棒性和控制精度、减少了系统的调节时间而且降低了机械抖动的方法，本发明的技术方案如下：一种非线性前馈与模糊PID结合的风力发电机组变桨距控制方法,其包括以下步骤：

101、用功率表测量风力发电机组的发电机功率P；

102、将步骤101得到的发电机功率P与发电机额定功率P₀进行差值运算得到功率偏差ΔP，并计算出Δt时间内的功率偏差率ΔP/Δt；

103、初始化模糊控制器、PID控制器，根据步骤102得到的功率偏差ΔP、功率偏差率ΔP/Δt，将功率偏差ΔP、功率偏差率ΔP/Δt作为模糊控制器的输入变量，即误差信号E和误差信号变化率EC，然后选择模糊控制器中模糊子集的隶属度函数，去模糊化，并将隶属度函数的顶点坐标作为一个粒子，采用多Agent粒子群MAPSO寻优算法优化模糊控制器的隶属度函数，得出模糊控制器的输出为三个增益K_P，K_I，K_D，将K_P，K_I，K_D作为PID控制器的输入变量，所述PID控制器的输出为变桨距控制期望输出的桨距角β₁；

104、采集风力发电机组的发电机风速数据V(t)，将风力发电机组的发电机风速数据V(t)作为自变量，将发电机桨距角β(t)作为因变量,对发电机桨距角—风速数据对进行拟合，建立桨距角—风速非线性前馈控制器模型：

β_f(t)＝β(V)＝a₀+a₁V+a₂V²+…+a_nVⁿ，非线性前馈控制器中系数采用最小二乘多项式拟合方法来确定，设当前时刻的测量风速为V_t，上一控制时刻的实际桨距角为β_f(t-1)，则前馈控制器的输出增量型参考前馈桨距角为：β₂＝β_f(t)-β_f(t-1)；

105、将步骤103中得到的变桨距控制期望输出的桨距角β₁与步骤104得到的前馈桨距角β₂相加，得到发电机叶片的变桨角度β，即β＝β₁+β₂；

106、将步骤105中的发电机叶片变桨角度β传输给发电机变桨执行机构，所述发电机变桨执行机构根据发电机叶片变桨角度β进行变桨，完成控制。

进一步的，步骤103中，模糊控制器规则表示成：