风电 变速恒频率 模糊控制 仿真 PID 滑模 变结构 MATLAB 硕士

直驱风力发电模糊ＰＩＤ变桨距控制

盛　　旺

（长沙学院电子与通讯工程系，湖南　长沙　４１０００３）

摘　　要：文章对直驱型风力发电系统的结构进行了分析，研究了变速恒频系统的变桨距控制策略。基

于常规ＰＩＤ控制和模糊控制的原理，结合实际工况和控制目标提出模糊ＰＩＤ控制，在ＭＡＴＬＡＢ平台下进行仿真，结果表明模糊ＰＩＤ能有效地对桨距角进行控制。

关键词：直驱；风力发电；变桨距；模糊ＰＩＤ控制中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ａ文章编号：１００９－０１３４（２００８）１０－０１００－０４

PID fuzzy control of variable propeller pitch in direct-drive wind power generation

ＳＨＥＮＧ　Ｗａｎｇ

（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　＆　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｓｈａ　ｃｏｌｌｅｇｅ，　Ｃｈａｎｇｓｈａ，　４１０００３，　Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ａ　ｄｉｒｅｃｔ－ｄｒｉｖｅ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ

ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｓｐｅｅｄ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ａｎｄ　ｆｕｚｚｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｔａｒｇｅｔ，　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａ　ｆｕｚｚｙ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．　Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｆｕｚｚｙＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｐｉｔｃｈ　ａｎｇｌｅ　ｂｙ　ＭＡＴＬＡＢ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ．

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｄｉｒｅｃｔ－ｄｒｉｖｅ；　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ　ｐｉｔｃｈ；　ＰＩＤ　ｆｕｚｚｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ

０　　　引言

风能作为一种清洁，可再生能源已被广泛利用，风电产业也得到了迅速的发展。风力发电技术因此成为了科学技术领域研究的热点。风力发电机组由最初的定桨距型发展到变桨距型，从转速固定的变桨距型发展到目前技术最为先进的变速变桨距型，发电效率在显著提高，特别是变速变桨距机组，其发电机中采用的变速恒频技术提高了风力发电机组在低风速情况下的出力水平。采用永磁式发电机的直驱风力发电系统，无需外部提供励磁电源，把永磁发电机的变频的交流电通过变频器转变为电网同频的交流电，　做到风力机与发电机的直接藕合，省去齿轮箱，大大减小系统运行噪声，提高可靠性，降低系统成本，成为当前风力发电的研究热点。

图１　　　直驱风力发电系统结构

２　　　变桨距控制策略

直驱型风力发电系统属于变速恒频风力发电系统，不必保持风力机转速恒定，而通过其它控制方式来得到恒定频率的电能，因此，它能够实现风力机运行在Ｃｐ＝Ｃｐｍａｘ的点上（即风能利用系数保持最佳值），实现最大风能利用。变速恒频风力发电技术与恒速恒频发电技术相比具有显著的优越性，首先大大提高了风能转换效率，显著降低了由风施加到风力机上的机械应力；其次通过对发电机转子交流励磁电流幅值频率和相位可调的控制，实现了变速

１　　　永磁直驱风力发电

永磁直驱风力发电系统结构如图１所示，风力

机将捕获的风能以机械能的形式驱动永磁发电机，而永磁发电机的转速随着风速的变化而变化，因而发出的电能是电压和频率都变化的电能，为得到恒压恒频的电能就必须进行交直交变流，再通过滤波

器滤波将逆变器输出变换成正弦电流输出。

收稿日期：２００８－０８－２８

作者简介：盛旺（１９７６－），男，湖南益阳人，硕士，讲师，主要从事现代测控技术研究。【１００】

第３０卷第１０期

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