[发明专利]一种风速前馈与模糊PID结合的变桨控制方法

说明书

本发明提供一种风速前馈与模糊PID结合的变桨控制方法，在功率误差较大时采用模糊控制器，在功率误差较小时采用PID控制器。该控制方法同时利用了模糊控制器的快速性和PID控制的精确性的特点，且在模糊控制器与PID控制器切换时采用软开关的形式。通过采用平滑函数，依据功率误差的大小实时调整模糊控制器与PID控制器输出所占比重，避免了控制器直接切换造成的输出不连续问题，有效维持了系统输出的稳定性。同时通过测量的风速实时进行桨距角的前馈调节，可以根据风速的特性给出合适的前馈桨距角，提高系统的响应特性。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种风速前馈与模糊PID结合的变桨控制方法。

背景技术

伴随着越来越多的国家开始积极的减排，风力发电被越来越多的国家所看重。为了确保风力发电机组在额定风速以上能安全稳定运行，通常通过变桨距的方式限制风力发电机组吸收的功率，即通过改变桨距角的大小来改变风力发电机组的风能利用系数，使机组的输出功率在额定值附近。

传统PID控制技术难以在大惯性、强耦合的风力发电机组中取得较好控制效果。通过误差阈值切换模糊控制器与PID控制器是常用的一种方式，当误差大于设定的阈值时，采用模糊控制器对系统进行控制，当误差小于设定阈值时采用PID控制器。这种控制方式在切换点处直接切换控制器会导致桨距角输出不连续、给系统带来震荡的问题，且不能有效维持风力发电机组输出功率的稳定性。

发明内容

为确保风力发电机组在额定风速以上能安全稳定运行，本发明提供一种风速前馈与模糊PID结合的变桨控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种风速前馈与模糊PID结合的变桨控制方法，包括以下步骤：

S1：将风力发电机组运行中的功率误差e和功率误差变化率e_c输入至模糊控制器,得到模糊控制器的输出β_fc；

S2：将所述功率误差e输入至PID控制器，得到PID控制器的输出β_pid；

S3：将所述模糊控制器的输出β_fc和所述PID控制器的输出β_pid进行平滑切换处理，得到输出值平滑切换桨距角β₁；

S4：当风速超过额定风速时，启动前馈模糊控制器，将风速v和风速的差值Δv输入至所述前馈模糊控制器，得到输出值前馈桨距角β₂；

S5：将所述平滑切换桨距角β₁和所述前馈桨距角β₂之和β₃输入到变桨执行机构，对风力发电机进行调桨控制。

进一步的，所述平滑切换处理的输出为：

β₁＝θ·β_fc+(1-θ)·β_pid

式中，β₁为平滑切换的输出；β_fc为模糊控制器的输出；β_pid为PID控制器的输出；θ为平滑因子。

更进一步的，所述平滑因子θ的函数模型为：

式中，x1、x2为临界点；e为功率误差；δ为波形系数。