(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(10)申请公布号 CN 104005909 A
(43)申请公布日 2014.08.27
(21)申请号 CN201410162896.3
(22)申请日 2014.04.22
(71)申请人 重庆邮电大学
    地址 400065 重庆市南岸区黄桷垭崇文路2号
(72)发明人 唐贤伦 王福龙 胡向东 蒋畅江 张毅 张莉 姜吉杰
(74)专利代理机构 重庆市恒信知识产权代理有限公司
    代理人 刘小红
(51)Int.CI
      F03D7/00
                                                                  权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
      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
(57)摘要
      本发明公开了一种非线性前馈控制与粒子优化模糊PID控制结合的风力发电机变桨距控制方法。该方法提出基于有功功率偏差的前馈控制策略，当发电机组运行在额定风速以上时，运用发电机有功功率P与额定功率P
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.一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,其特征            在于包括以下步骤：           
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P<sub>0</sub>进行差值运算得到            功率偏差△P，并计算出△t时间内的功率偏差率△P/△t；           
吉杰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△P、            功率偏差率△P/△t，将功率偏差△P、功率偏差率△P/△t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<sub>P</sub>，K<sub>I</sub>，K<sub>D</sub>，将K<sub>P</sub>，K<sub>I</sub>，K<sub>D</sub>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β<sub>1</sub>；           
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<u>,</u>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<sub>f</sub>(t)＝β(V)＝a<sub>0</sub>+a<sub>1</sub>V+a<sub>2</sub>V<sup>2</sup>+···+a<sub>n</sub>V<sup>n</sup>，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<sub>t</sub>，上一控制时刻的实际桨距角            为β<sub>f</sub>(t-1)，则前馈控制器的输出增量型参考前馈桨距角为：β<sub>2</sub>＝β<sub>f</sub>(t)-β<sub>f</sub>(t-1)；           
105、将步骤103中得到的变桨距控制期望输出的桨距角β<sub>1</sub>与步骤104得到的            前馈桨距角β<sub>2</sub>相加，得到发电机叶片的变桨角度β，即β＝β<sub>1</sub>+β<sub>2</sub>；           
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。           
2.根据权利要求1所述的非线性前馈与模糊PID结合的风力发电机组变桨距            控制方法,其特征在于：步骤103中，模糊控制器规则表示成：           
<maths><math><mrow><mi>IF><msubsup><mi>X</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup><mi>and><msubsup><mi>X</mi><mn>2</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>,</mo><mi>THEN</mi><msub><mi>K</mi><mi>P</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>Y</mi><mi>P</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>,</mo><msub><mi>K</mi><mi>I</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>Y</mi><mi>I</mi><mi>j</mi></msubsup><mo>,</mo><msub><mi>K</mi><mi>D</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>Y</mi><mi>D</mi><mi>k</mi></msubsup><mo>;</mo></mrow></
math></maths>
<maths><math><mrow><mi>IF><msubsup><mi>X</mi><mn>1</mn><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></msubsup><mi>and><msubsup><mi>X</mi><mn>2</mn><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></msubsup><mo>,</mo><mi>THEN</mi><msub><mi>K</mi><mi>P</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>Y</mi><mi>P</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>,</mo><msub><mi>K</mi><mi>I</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>Y</mi><mi>I</mi><mi>j</mi></msubsup><mo>,</mo><msub><mi>K</mi><mi>D</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>Y</mi><mi>D</mi><mi>k</mi></msubsup><mo>;</mo></mrow></math></maths>
其中E表示误差信号，EC表示误差信号的变化率，……，表示E的模糊            集合，……，表示EC的模糊集合，K<sub>P</sub>，K<sub>I</sub>，K<sub>D</sub>表示PID控制器的三个            增益，表示PID控制器增益对应的模糊集合。           
3.根据权利要求1所述的非线性前馈与模糊PID结合的风力发电机组变桨            距控制方法,其特征在于：步骤103中的隶属度函数选择三角隶属函数，去模糊化            方法采用重心法。
           
4.根据权利要求1所述的非线性前馈与模糊PID结合的风力发电机组变桨            距控制方法,其特征在于：MAPSO寻优算法包括以下步骤：           
A、初始化粒子体，MAPSO初始化为一粒子，其中第i个粒子在d维            解空间的位置为X<sub>i</sub>＝(X<sub>i1</sub>,X<sub>i2</sub>,X<sub>i3</sub>,...,X<sub>id</sub>)，初始化粒子的两个极值个体最优值p<sub>best</sub>和            全局最优值g<sub>best</sub>；           
B、竞争：每个粒子按照选取邻居粒子，并根据计算适应度值调整自己的位            置信息；           
C、更新：粒子通过如下公式来更新其速度和位置，           
v<sub>id</sub>(t+1)＝wv<sub>id</sub>(t)+c<sub>1</sub>r<sub>1</sub>[<sub>pbest</sub>(t)-x<sub>id</sub>(t)]+c<sub>2</sub>r<sub>2</sub>[<sub>gbest</sub>(t)-x<sub>id</sub>(t)]                    (1)           
x<sub>id</sub>(t+1)＝x<sub>id</sub>(t)+v<sub>id</sub>(t+1)                               (2)           
式中，c<sub>1</sub>＝c2＝2，为加速因子，w为惯性因子，r<sub>1</sub>和r<sub>2</sub>是介于[0,1]之间的随            机数，t为时间；           
D、计算适应度值：根据适应度函数计算每个粒子的适应度值，其公式如下：           
<maths><math><mrow><mi>J</mi><mo>=</mo><msubsup><mo>∫</mo><mn>0</mn><mo>∞</mo></msubsup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>ω</mi><mn>1</mn></msub><mo>|</mo><mi>e</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mo>+</mo><msub><mi>ω</mi><mn>2</mn></msub><mi>u</mi><msup><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow><mi>dt</mi><mo>+</mo><msub><mi>ω</mi><mn>3</mn></msub><msub><mi>t</mi><mi>u</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math></maths>