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模糊控制在大型风力发电机电控系统中应用的研究
日期:2009-4-13 23:41:34 来源:中国工控网  
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关键词:模糊控制  变桨距  风力发电机  智能控制  仿真
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1  引  言
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        对风力发电机进行调节常用的两种形式是失速调节和桨距调节,这两种方案都有不足之处,如:定桨距失速型调节风力发电机不能达到最大的效率。变桨距调节风力发电机在阵风情况下输出的波动较大。
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       变桨距失速调节方式则融合了两者的优点。变桨距失速型风力发电机叶片也是通过轴承固定在轮毂上,可以绕叶片的展向轴线转动调整桨距角度。在低风速时,可以通过调节桨距角来增大气流的攻角,使得输出功率达到该风速时的最大值。在额定风速以上时,通过增大桨距角来减小气流攻角,从而限制输出功率的过载,因此风力发电机的输出功率可以保持恒定。在阵风情况下,同失速调节叶片一样,叶尖刹车装置可以迅速制动叶轮。刹车时,叶片转动,相当于气体刹车,减少了机械刹车对传动系统的冲击,同时减轻了刹车结构的负荷。
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       目前由于变桨距风力发电机很少,所以风力发电机系统一般采用开环控制,极少数使用PID调节器来控制,风力发电机系统是一个高阶、非线性、强耦合、多变量时变的系统。用开环控制或常规的PID控制很难满足要求。因此我们设计了一种新的模糊控制器来控制该风力发电机系统。
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2  模糊控制算法的设计
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  风力发电机的模糊控制规则的设计:
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设输出功率的误差为E,误差的变化为EC,桨距角的变化为U,假定选取E的语言变量的词集均为
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{NB,NM,NS,NO,PO,PS,PM,PB}
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选取EC及U的语言变量词集为
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{NB,NM,NS,O,PS,PM,PB}
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模糊控制状态表如表1所示:
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3  基本模糊查询表的建立
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4  模糊控制器与风力发电机连接后的仿真
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图1 是采用模糊控制器的风力发电机的仿真结构图。
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图1 采用模糊控制器的风力发电机模型结构图
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5  仿真结果
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以下是采用常规PID控制器(曲线1)与模糊控制器(曲线2)的仿真结果比较,
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3)抗干扰性的仿真:(本仿真采用风速V=6.82米时突加阶跃干扰的仿真,其他风速类似).
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当风速V=6.82m/s时,系统进入稳态工作区后,3秒钟时,风速由6.82m/s时突然跳变到7.7m/s时,这时由于测风仪还没有确定风速是否稳定在7.7m/s(测风仪一般取10分钟内的平均值),所以对此时的系统而言,该风速的变化是干扰输入。图6,图7是该系统对此干扰的仿真:
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      模糊控制器具有非线性PD控制规律,从而有利于保证系统的稳定性,并可提高系统快速性以及消弱其振荡现象,仿真结果说明了这一点。
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       从图中可以看出,在时间T=3 s时,系统有微小的波动,然后很快达到稳态,可见系统有很好的抗干扰性。
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6  结  论
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       从以上仿真结果可以看出,不论是跟随性能还是抗干扰性能,采用模糊控制器都比采用PID控制器效果好的多,即更能有效的减少振荡,且能较快的达到稳态。这是因为PID控制器过分依赖于控制对象的模型参数、理论推导假设条件太严格。对于模型参数大范围变化、非线性、多变量的系统,难以满足要求。而模糊控制器不依赖控制对象的数学模型,便于利用人的经验知识,能够很好地克服被控系统中模型参数变化和非线性等不确定因素,所以鲁棒性强、稳态精度高。
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参考文献
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〔1〕  Anca D. Hansen, Henrik Bindner and Anders Rebsdorf.  Improving Transition Between Power Optimization And Power Limitation Of Variable Speed/Variable Pitch Wind Turbines. European Wind Energy Conference,1-5 March 1999, Nice France pp889-892.
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〔2〕  周箴,赵金,万淑芸,王离九.模糊单神经元混合控制在交流传动系统中的应用.电气传动,1998,第1期,21~23
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〔3〕  薛定宇,陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用.北京:清华大学出版社,2002
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〔4〕  肖劲松,倪维斗,姜桐.大型风力发电机组的建模与仿真.太阳能学报,1997,18(2):118~127
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