第30卷 第8期 2010年3月15日 中 国 电 机 工 程 学 报

Proceedings of the CSEE Vol.30 No.8 Mar.15, 2010

©2010 Chin.Soc.for Elec.Eng. 123

(2010) 08-0123-06 中图分类号：TP 273 文献标志码：A 学科分类号：470·20 文章编号：0258-8013

模糊前馈与模糊PID结合的

风力发电机组变桨距控制

郭鹏

(华北电力大学自动化系，北京市 昌平区 102206)

Variable Pitch Control of Wind Turbine Generator Combined With

Fuzzy Feed Forward and Fuzzy PID Controller

Guo Peng

(Department of Automation, North China Electric Power University, Changping District, Beijing 102206, China)

ABSTRACT: Large-scale variable pitch wind turbine generator usually uses the PID controller to maintain the output power unchanged above the rated wind speed. One set of PID parameters can hardly achieve satisfactory control performance because the range between rated wind speed and cut out wind speed is very large. This paper firstly analyzed the shortcomings of PID controller, then a new pitch control method combined with fuzzy feed forward and fuzzy PID controller was proposed. The fuzzy PID controller can produce a better control result than PID controller. With the analysis of the aerodynamic characteristics of the blade, the fuzzy feed forward controller can give different feed forward pitch angles according to wind speed at different wind speed range. The feed forward controller has achieved the dynamic feed forward compensation and improved the rapidness of control system. With the simulation of a 300 kW wind turbine generator at different wind speed, the new pitch control strategy can effectively reduce system’s overshoot and regulation time, and has a satisfactory control performance.

KEY WORDS: variable pitch control system; fuzzy PID controller; fuzzy feed forward controller; aerodynamic characteristic

摘要：大型变桨距风电机组在额定风速以上通常采用PID控制器调节机组桨距角以达到功率恒定的目的，但由于从额定风速到切出风速之间的风速变化范围很大，一组固定的PID参数难以在不同风速下均有好的控制效果。该文在分析PID变桨距控制器缺点的基础上，提出模糊前馈与模糊PID结合的新型变桨距控制方法。模糊PID控制器能够保证在

基金项目：教育部重点项目(109045)。 Education Ministry Key Project(109045)．

不同风速下均有较好的控制结果，而模糊前馈控制器则能够根据风电机组的桨叶气动特性，在额定风速以上的不同风速段，根据风速给出不同的适当的前馈桨距角，实现动态前馈补偿，提高控制系统的响应速度。对一个300 kW的变桨距风电机组的仿真表明，该方法在额定风速以上的不同风速段都能够有效地减小系统的超调量，缩短调节时间，具有较为满意的控制效果。

关键词：变桨距控制系统；模糊PID控制器；模糊前馈控制器；气动特性

0 引言

大型变桨距风电机组在额定风速以上通常采

用变桨距控制方式，通过调整桨叶桨距角，改变气流对叶片的攻角，从而改变风电机组获得的空气动力转矩，使机组输出功率保持稳定[1-7]。在此工况下风速成为外部扰动。由于风电机组具有强非线性和较大的转动惯量，导致变桨距系统控制困难。目前国内风电机组大多采用PID控制器完成变桨距控制。但由于风速变化的随机性和风电机组的强非线性，PID控制算法并不能取得令人满意的效果。文献[8]提出模糊PID控制方法，将模糊控制与PID控制器相结合。不管是单纯PID控制还是模糊PID控制[9-11]，它们都是反馈控制方法，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。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。在风电场中，风速可以通过风速计进行测量。本文在模糊PID控制的基础上，提出基于风速的模糊前馈方法。当在额定风速以上发生风速变化时，利用模糊推理，给出合适的桨距