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风电机组一次调频自适应控制策略研究摘要：近年来，风能等新能源发展迅猛，风电装机量和发电量增长迅速。
在新型电力系统中，风电需要参与系统频率调节已经成为业界共识。
随着风电越来越多地参与电力系统一次调频，为更加准确地进行系统频率动态分析和仿真，风电调频建模也变得越来越迫切。
关键词：风电机组；一次调频；自适应控制；策略研究引言随着风电并网的大规模化，电力系统稳定性受到了严峻的挑战。
尽管风力发电的社会效益和经济效益可以预期，但是风电受天气状况影响，不确定性、间歇性强，对保证发电功率与负载功率动态有功平衡造成了很大困难。
同时，由于当前风力发电大多使用变速风机，广泛通过电力电子器件并入电力系统，转速与频率解耦，缺乏对电力系统频率变化的快速响应能力，大量并入电网必然会导致系统惯量水平降低，调频能力下降。
目前，针对风电机组一次调频问题，国内外都已经有了一些控制方案并进入了实际运用，主要通过增设调频控制环节模拟传统同步发电机进行频率调整。
为更好地理解与学习不同应用场合下风力发电一次调频的控制方法与策略，本文对风力发电一次调频领域的国内外研究进展进行综述。
1研究背景风电机组的日常运维及检修工作价值。
为最大程度发挥出风电项目的运行价值，则需要合理延长风电机组的运行寿命。
为此，则需要开展针对有效的运维检修管理工作。
笔者认为，风电项目运行过程中，长时间受到极端环境的影响。
若运维检修不到位，无法及时排除风电机组的运行安全隐患，将对项目的整体运行可行性造成直接影响。
鉴于风电项目投资较大，为有效控制项目的运行成本，应当科学开展运维检修工作，有效杜绝大事故的出现，并对小事故进行科学的应对处理，使得风电机组保持稳定安全运行。
在具体运维检修时，可契合工作需求，合理运用现代科学技术，助力运维检修水平的提升。
2风电机组一次调频自适应控制策略研究2.1风电机组备用容量获取风力发电机组可以通过降载来实现备用容量的获取，并且为了保证风力发电机组和常规发电机组协同进行一次调频时具有类似的特性，需要在风电机组的控制中加入惯性控制环节和下垂控制环节。
风力发电机组的智能化控制与优化设计随着新能源的快速发展，风力发电已成为一种重要的可再生能源。
风力发电机组的智能化控制与优化设计成为提高发电效率和可靠性的关键因素。
本文将从控制系统架构、智能化控制算法以及优化设计等方面进行讨论，以期为风力发电机组的智能化控制与优化设计提供有效的参考。
在风力发电机组的智能化控制方面，控制系统架构起着重要的作用。
传统的风力发电机组控制系统通常采用集中式控制架构，即将各个子系统的控制集中在一起。
然而，随着智能化技术的发展，分布式控制架构逐渐成为一种新的趋势。
分布式控制架构将控制功能分配到各个子系统中，可以提高系统的可靠性和灵活性。
例如，可以将机组控制、变桨控制和发电机控制分别实现，并通过总线技术进行数据交换和协调。
此外，分布式智能控制还能够实现多机组之间的协同运行，提高整个风电场的发电效率。
智能化控制算法是风力发电机组智能化控制的关键。
针对风力发电机组参数变化大、工况复杂的特点，需要设计相应的智能化控制算法来实现机组的自适应控制。
其中，模糊控制和神经网络控制是常用的智能化控制方法。
模糊控制通过建立模糊规则库，利用模糊推理进行决策，适用于参数变化快、工况复杂的情况。
神经网络控制则通过模拟人脑神经元的工作方式，具有学习和自适应的能力，适用于需要对非线性系统进行建模和控制的情况。
此外，还可以结合遗传算法等优化算法对控制参数进行优化，提高控制效果。
优化设计是风力发电机组智能化控制的另一个重要方面。
优化设计旨在通过改变机组的结构参数和控制策略，提高机组的性能和经济性。
首先，可以通过优化变桨角度控制策略来提高机组的发电效率。
变桨角度控制是风力发电机组最主要的控制方式，通过调整桨叶的角度来适应风速的变化。
其次，可以通过优化发电机的控制策略来提高机组的响应速度和稳定性。
例如，采用直接转矩控制方式来减少机械传动链的损耗。
此外，还可以通过优化控制响应时间和滞后时间来提高机组的自适应能力和抗干扰能力。
风力发电控制技术发布时间：2023-04-03T08:04:03.363Z 来源：《科技潮》2023年2期作者：翟玉平[导读] 能源是社会经济快速发展的基础。
如今，人们对能源的消耗量和需求量急剧增加，传统化石燃料作为主要的能量供应源被大量消耗导致其储量大幅减少、供应逐渐匮乏，而且带来了严重的环境污染问题，发展和使用可再生清洁能源是解决能源短缺和环境污染问题的主要途径。
包头中车电机有限公司内蒙古包头市 014030摘要：能源是社会经济快速发展的基础。
如今，人们对能源的消耗量和需求量急剧增加，传统化石燃料作为主要的能量供应源被大量消耗导致其储量大幅减少、供应逐渐匮乏，而且带来了严重的环境污染问题，发展和使用可再生清洁能源是解决能源短缺和环境污染问题的主要途径。
大自然的风能具有取用不尽和清洁无污染的优点，我国地域辽阔，风能资源丰富，具有非常大的开发空间，而我国的风电行业经过多年发展已成为第三大电源供应支柱。
目前，我国的风电技术伴随风电产业得到了快速发展，但相比于某些风电技术成熟的国家仍然存在一定差距，而先进的风力发电控制技术是大型风力发电机组高效、稳定和可靠运行的保证。
为了不断提高我国风电技术，必须着力深入研究风力发电控制技术，从而提高风力发电机的性能和优化其控制方法，让风力发电机更加高效、可靠地运行。
关键词：风力发电机；风力发电控制；智能控制技术一、常见的风力发电控制技术风力发电机正常运行时，其所处的大气环境中的风能具有随机性，风向、风速、风力大小均不稳定，一个区域的风能随环境周围环境和气候变化而波动的幅度非常大，为了让风力发电机既能最大限度地捕获风能，又能将其在风速超标时的输出功率限制在额定功率之内，保护风力发电机不受损坏，必须借助高效的控制技术对风力发电机进行控制。
另一方面，风力发电机组在并网与脱网时也都需要采用合适的控制技术来实现。
随着技术的发展，人们逐渐将各种先进的控制技术应用到了风电领域，其控制方法也更加多元化，以下是几种常见的风力发电控制技术。
变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制摘要：风力发电是一种可再生能源，因此，对它的开发和利用显得尤为重要。
由于其实用、高效的特点，变速恒频风电技术在许多方面都具有很大的应用前景，并且伴随着风电技术的持续发展，它已经成为了国内外众多专家学者关注的焦点。
安全、低成本、高效的风电技术是风电技术发展的重点，而对其短时有效风速进行精确预测是实现风电系统平稳运行的关键与基础。
风电机组在运转过程中，其风场呈现出一种三维时变特性，由于各测点在风轮表面上得到的风速各不相同，因此，利用风速仪对其进行短时的风速预报并不可行。
为改善风电机组的调速性能，需对风电机组的短时风速预报进行深入的分析与研究。
关键词：变速恒频；风力发电系统；最大风能追踪控制1变速恒频风力发电概述本文介绍了一种新型的变频调速发电机的结构，并对其性能进行了分析。
双馈发电机的定子线圈与电网相连，转子线圈为三相交流变频驱动，一般采用交流-交流变换或交流-直-交变换来驱动。
双馈发电机可以在各种工况下工作，并且可以根据风速的改变来调节其旋转速度，从而保证风机始终处于最优的工作状态，提高了风力资源的利用效率。
当电机负荷或速度改变时，调整馈入转子绕组电流，就可以使定子的输出电压和频率不变，也可以调整发电机的功率因子。
2变速恒频风力发电技术重要性及其优势2.1变速恒频风力发电技术的重要性风力发电机是一种以风力为动力的风力发电机。
在整个风力发电过程中，发电系统占有相当的比重。
通常情况下，当风力发电系统的单位装机容量不断增加时，就可以从一个侧面说明风力发电机的结构存在一定的问题。
为此，需要对风力发电系统进行结构优化设计。
本项目研究成果将为风电机组的安全稳定运行提供理论依据，并为实现风电机组的高效稳定运行提供理论依据。
2.2变速恒频风力发电技术优势风力发电技术在风力发电中的应用具有明显的优势。
在风力发电的过程中，使用变速恒频的风力发电技术，能够从最大功率的角度来确保发电系统的平稳运转，不仅能够在某种程度上增加风电系统的发电量，还能够提升风电系统的运行效率。
风力发电并网技术分析及电能质量的控制作者：王位俊来源：《华中电力》2014年第04期摘要：风力发电是一种新型的绿色能源，正逐渐成为世界各国争相开发的新技术能源。
近几年来，随着科学技术的进步，变速双馈风力发技术在风力发电中得到广泛应用。
该技术能够最大限度的捕获风能，同时还能够实现发电机组以及电网之间的柔性，提高风力发电系统运行的动静态稳定性。
本文针对双馈风力机并网技术进行简单阐述，重点讨论双馈风力发电机组的控制策略，最后通过系统仿真来验证双馈发电机运行性能。
关键词：双馈风力发机；最大风能控制；工作原理；优化策略；仿真技术近几年来，随着国际工业化的进程，全球气候逐渐变暖，环境污染日益严重，支撑工业化进程的能源以及电力所主要依靠的化石燃料已越来越少，常规能源面临着枯竭，因此，风能属于可再生能源，选择风力发电能够延缓煤炭以及石油、天然气等常规能源的枯竭。
双馈恒频发电是20世纪末发展的一种新型发电模式，主要是利用电子技术以及矢量变换控制技术、微机信息处理技术从而引发的发电，在发电技术中得到广泛应用。
[1]到目前为止，主要有爬山法、功率信号反馈控制以及叶尖速比控制方法，来提高风力发电机组的工作效率。
然而，这几种方法几乎都忽略了双馈发电机组本身的效率，即使在风力机中能够获得比较大的风能捕获，但是发电系统对电网输出的有功功率还是会随着电机效率的不同而出现差异。
因此，本文就在捕获最大风能的基础之上，提出双馈风力发电机组的风能控制策略。
一、双馈风力发电机并网技术到目前为止，适合交流励磁双馈风力发电机组的并网方式主要是基于定子磁链定向矢量控制的准同期并网控制技术，即空载并网方式、独立负载并网方式、孤岛并网方式。
另外，对于垂直轴型的双馈机组，由于不能自动起动，所以必须采用“电动式”并网方式。
1、空载并网方式所谓空载并网就是并网前双馈发电机空栽，定子电流为零，提取电网的电压信息（幅值！频率！相位）作为依据提供给双馈发电机的控制系统，通过引入定子磁链定向技术对发电机的输出电压进行调节，使建立的双馈发电机定子空载电压与电网电压的频率！相位和幅值一致。
变速恒频风力发电自动控制系统的设计摘要：变速恒频风力发电自动控制系统具有众多优点，它主要是由变速恒频风电技术实现的，同时，这项技术也促进了变速恒频风力发电的改革和优化，本文将通过对变速恒频风力发电自动控制系统的数据模型以及各项取现进行分析，对变速恒频风力发点自动控制系统进行系统的介绍，重点介绍该系统的工作原理和工作基本步骤，以及其自动捕风过程的如何实现。
关键字：变速恒频；风力发电自动控制；数学模型；捕风原理Abstract:speed constant frequency wind power automatic control system has many advantages, it main is by speed constant frequency wind electric technology achieved of, while, this items technology also promoting has speed constant frequency wind power of reform and optimization, this article will through on speed constant frequency wind power automatic control system of data model and the take now for analysis, on speed constant frequency wind made points automatic control system for system of describes, focus describes the system of work principle and work basic steps, and its automatically catching wind process of how achieved.Keywords: variable speed constant frequency; wind power automatic control; mathematical model; principles of catch the wind在当前环境问题下，能源短缺，环境污染严重，这要的环境情况不符合我国可持续发展的战略要求。
基于模糊算法的风力发电机MPPT控制朱其祥【期刊名称】《《湖南工程学院学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(029)004【总页数】7页(P13-19)【关键词】永磁式风力发电机; 最大功率跟踪; 模糊控制; 功率曲线斜率【作者】朱其祥【作者单位】福建船政交通职业学院信息工程系福州 350007【正文语种】中文【中图分类】TP368.10 引言风能做为主要的清洁能源之一，近年来一直保持快速增长.据统计，近4年我国风电新增加容量保持在1800万千瓦以上.在风电控制方面，因为变速恒频控制方式可以在很宽的风速范围内保持最佳叶尖速比，实现最大风能转换效率，而成为主流技术.另外，在发电机组方面，由于直驱式或半直驱式永磁风力发电机组具有维护量小、可靠性高、易实现故障穿越等优点.随着大功率变流技术和高性能永磁材料日益成熟，采用变速恒频控制的直驱式或半直驱式永磁风力发电机组在MW级风力发电系统中得到越来越多应用[1].为了实现风力发电机的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)，可以采取多种控制方式.相对于变桨距变速、功率信号回馈的最大功率曲线等控制方式存在的不足，本文针对直驱式永磁风力发电机组提出一种改进模糊控制算法，不需要依赖转子位置、正向风速等多种传感器，避开复杂功率曲线和算法.根据输出功率变化，跟踪不同风速下的发电机最佳转速，实现最大功率点跟踪.1 风力发电机MPPT控制方法1.1 直驱式永磁风力发电机控制方式直驱式永磁风力发电机的功率特性总体上按照风速大小可以分为两个部分：切入风速和额定风速之间的最大功率跟踪方式、额定风速和切出风速之间的变桨距恒功率控制方式.当风速大于切入风速后，改变桨距角脱离顺桨状态，风机旋转，风力机组开始做为发电机运行.这个阶段的控制目标是根据风速变化调整发电机的转速，使发电机实现最大功率跟踪，理论上最大功率PM与转速的三次方成正比[2].在某一稳定风速下，风力机存在对应的转速和最佳叶尖速比，以及对应的最大功率点.将不同风速下的最大功率点连接起来，就得到最佳功率曲线，即为控制的目标曲线.如何使风力机保持工作在不同风速下的最大功率点，即为本文讨论的内容.当风速超过额定风速后，可以通过调节桨距角降低风机转速，使风力机获得的风能维持在额定功率恒定运行.还可以避免因为风速过大，影响风电系统和机械系统的安全.因为风速变化较快，且风轮存在较大的转动惯量，通常可以采用PID控制等智能控制器，并选择合理的参数，往往可以达到良好控制效果.当风速超过切出风速时，叶片调节到完全顺桨位置，风力机锁定在停机模式.1.2 MPPT的基本原理对于直驱式永磁风力发电机，机组的输出功率与以下三个因素有关：可利用的风能、发电机对变化的风速响应能力和发电机功率变化曲线.从风能中获得的功率PW为[3]：(1)其中：PW为风力机从风能中获得的风功率(W)；ρ为空气密度(kg/m3)；R为叶片半径(m)；v为上风向风速(m/s)；CP(β,λ)为风力机的风能利用系数.根据风力机的空气动力学理论，有如下关系：(2)(3)其中：β为桨距角(°)；λ为叶尖速比.以上关系说明，在风速稳定的情况下，风力机获得的功率PW与风能利用系数CP(β,λ)有关.从图1的CP(β,λ)曲线可以看出，对于不同的风速均有最优叶尖速比λopt和最大风能利用系数CP(β,λ)max.因此，实现了最佳叶尖速比的控制，就可以实现最大功率跟踪.上式(1)、(2)、(3)即为功率曲线理论公式.图1 CP(β,λ)曲线因为λopt=ωoptR/v，其中ωopt为风力机的最优机械角速度(转速).所以，在控制方法上，保证风力机的转速随风速变化，就可以保证叶尖速比达到最优值λopt.以往对风力机转速的控制往往采用变桨距调节，但由于变桨距控制调节系统较为复杂，响应时间较慢，调节精度受到限制.随着电力电子技术、自动控制技术和微处理计算机技术的发展，本文基于模糊控制策略和直驱式永磁电机的矢量控制技术，建立改进型模糊控制系统，通过改变发电机输出功率(有功功率)调节发电机的电磁转矩，进而改变风力机转速，以实现实时的最大功率跟踪.在控制直驱式永磁风力发电机的电机侧和电网侧变流器上，采用背靠背双PWM变流器，实现机侧和网侧的能量双向流动，实现转速和转矩控制.2 系统框图系统主回路由电机侧和电网侧背靠背双PWM变换器、永磁同步发电机(PMSG)、电网进线电抗器(Lg、Rg)以及直流侧电容(C)等组成.通过控制电机侧变换器改变发电机输出功率，进而改变发电机转速，可以实现系统的最大功率跟踪.电网侧变换器主要作用是实现直流侧电压稳定、网侧功率因素调整和并网无功功率控制等.如图2所示.系统控制回路主要由三部分组成：高风速下的变桨距控制、低风速下的电网侧变换器控制、低风速下的电机侧变换器控制.高风速工况下，桨距角控制器的作用是，检测风速在额定风速以上时，投入运行，调节桨距角使风力发电机工作在恒功率状态.低风速工况下，电网侧控制部分采用电网电压定向矢量控制技术，经三相静止两项旋转坐标变换和空间矢量调制获得PWM控制信号，驱动器功率放大后驱动电网侧变换器，使其工作于整流和逆变两种工作状态.电机侧控制部分通过对发电机电磁转矩的调节，准确控制发电机的电磁功率和输出有功功率，改变发电机转速，实现MPPT控制.MPPT控制的核心部分是采用模糊控制策略的电机侧变流控制器，也是本文的重点研究内容.图2 风力发电机MPPT控制系统框图针对目前主流的低速运行多极永磁同步发电机，电机侧变流器控制部分采用转子磁场定向矢量控制技术，经三相静止两项旋转坐标变换，在dq坐标系上，d轴和q 轴上电机定子电压方程为[4]：(4)(5)其中：Rs、Ls为发电机定子电阻和电感；usd、usq、isd、isq为d、q轴定子电压和电流；ωs为同步角速度；ψ为转子永磁体磁链.控制系统由内环和外环组成的双闭环控制系统组成.外环采用有功功率闭环控制，最大功率跟踪的模糊控制算法.内环控制d、q轴定子电流以及定子电压，采用经典的PID算法调节器.一般d轴定子电流分量控制为0，因此给定值isd给定=0，并对Δusd=-ωsLsisq等交叉耦合电压进行补偿，得到d轴定子电压控制分量usd.由于发电机电磁转矩等于pψisq(p为电机极对数)，仅与q轴定子电流分量有关，因此对q轴定子电流分量控制，可以实现电磁转矩和有功功率的控制.q轴定子电流PID算法调节器的给定值来自于模糊控制器的输出，调节器的输出对Δusq=ωsLsisd+ωsψ等交叉耦合电压和磁链影响进行补偿，得到q轴定子电压控制分量usq.电压控制分量usq和usd结合电机转子转角大小θ以及电容直流电压udc作为SVM空间矢量调节器输入，得到变换器所需要的PWM脉冲调制信号，实现功率控制.控制系统的主要性能——最大功率跟踪，主要由系统外环功率闭环完成，采用模糊控制策略的电机侧变换器控制器为系统核心.控制器输入量为电网侧有功功率Ps 和风力机转速变化量Δn.因为直流侧电容器充放电电功率变化很小，如果再忽略变换器的自身损耗，可以认为发电机输出功率经背靠背PWM变换器几乎全部馈入电网.因此，发电机有功功率的采样可以通过间接测量电网侧变流器馈入电网端的有功功率获得，作为模糊控制器的输入Ps.通过实时采集角速度ω获得风力机转速变化量Δn，作为模糊控制器另一输入量.模糊控制器的输出量作为q轴定子电流分量的给定，通过电流内环实现电机侧有功功率控制.在模糊控制规则上，本文采用类似最大功率跟踪的“爬山法”实现模糊控制，并根据输出功率曲线的斜率变化改变控制算法加以优化.在远离最大功率点时采用功率曲线理论公式计算结果做为给定值，以提高系统响应速度.在靠近最大功率点时采用改进型最大功率模糊控制算法，越接近最大功率点，输入和输出控制量越细化，避免系统振荡并以保证系统的稳定性.3 模糊控制器设计3.1 模糊控制策略在额定风速以下，按照MPPT原理，最大功率的跟踪过程实际上就是控制发电机转速跟踪风速的变化过程，使其工作在最佳叶尖速比工作点.如图3所示，当风速从v1→v2→v3变化时，功率的跟踪过程.假设初始时风速为v1时，工作在最大功率点A.风速降低到v2后，工作点为B，在最大功率点的右边.需要控制发电机转速降低，使工作点转移到最大功率点C.如果风速再上升到v3，工作点变为D点，在最大功率点的左边.需要控制发电机转速上升，使工作点转移到最大功率E点.图3 模糊控制策略示意图在控制规则上，控制系统通过改变风力发电机转速，实时检测风力发电机输出功率来判断工作点的位置.控制规则如下：当降低转速n，即Δn<0，若输出功率Ps增加，即ΔPs>0,则说明最大功率点在左边,需要继续降低转速n.当降低转速n，即Δn<0，若输出功率Ps减少，即ΔP<0,则说明最大功率点在右边,需要增加转速n.当增加转速n，即Δn>0，若输出功率Ps增加，即ΔPs>0,则说明最大功率点在右边,需要继续增加转速n.当增加转速n，即Δn>0，若输出功率Ps减少，即ΔP<0,则说明最大功率点在左边,需要减少转速n.此外，为了提高系统的稳定性和控制精度，Δn变化量大小与输出功率Ps大小关联.即：随着输出功率Ps接近最大工作点，Δn变化量逐步减小，以减少系统超调，避免在最大功率点处出现振荡现象.反之，在输出功率Ps离最大工作点较远时，Δn变化量可以适当增大，以加快系统的响应时间，提高系统的快速性.3.2 模糊控制器框图为提高系统在不同风速下跟踪最大功率点的快速性，系统计算功率曲线功率对转速的变化率ΔP/Δn，即斜率，很显然最大功率点处的斜率等于0.然后将实时计算的斜率与设定常数k相比较，如果ΔP/Δn>k，说明工作点离最大功率点较远，则q 轴定子电流分量给定值切换到输出功率计算单元，q轴定子电流给定值将依据公式(1)、(2)、(3)由POPT=f(v3)关系决定.如果ΔP/Δn<k，说明工作点离最大功率点较近，则q轴定子电流分量给定值切换到最大功率跟踪模糊控制器，q轴定子电流给定值由模糊控制器输出u决定.设定常数k的大小可以根据不同系统和工况修改，以获得更好控制效果.模糊控制器的MPPT控制过程是控制转速实现最佳叶尖速比，跟踪最大功率点的过程.因此事实上也是发电机转速的控制过程.模糊控制器实时采样输出功率Ps，并与上一个采样周期采样值相比较后得到功率变化量ΔPs，即误差e，作为模糊输入量.误差e经微分运算后得到误差变化率Δe，做为另一个模糊输入量.基于模糊规则库，对量化后的模糊输入量E、ΔE进行模糊运算，得到模糊输出量U，经解模糊运算输出u，做为SVM矢量控制单元的q轴定子电流给定isq给定，经PWM 驱动单元和电机侧变换器控制定子电压，进而改变发电机转速n.控制器框图如图4所示.3.3 模糊分级和隶属度函数模糊控制器的控制规则可以归纳如下：if Δn<0，and ΔPs>0, then Δn<0；if Δn<0，and ΔPs<0, then Δn>0；if Δn>0，and ΔPs>0, then Δn>0；if Δn>0，and ΔPs<0, then Δn<0.图4 模糊控制器框图按照控制性能和精度要求，对模糊控制器的两个输入量误差E和误差变化率ΔE以及输出量U进行分级，一般采用七个语言变量分级来定义模糊集合[5]：{正大，正中，正小，零，负小，负中，负大}={PB，PM，PS，Z0，NS，NM，NB}.通常情况下控制模式切换常数k取0.3，即输出功率对转速曲线斜率小于0.3时投入模糊控制模式.据此对输出功率误差量E进行分级取值.此外，为了保证最大功率点附近的控制精度和稳定性，对误差的变化率ΔE按照误差E的平方进行进一步细分.在此，输出量U的分级取值按照输出量的百分比表征.因此：E∈[-0.3，+0.3]，ΔE∈[-0.09，+0.09]，U∈[-1.0，+1.0].得到E、ΔE的各级信号取值为：Ei0.30.20.10-0.1-0.2-0.3ΔEi0.090.040.010-0.01-0.04-0.09定义两个输入量误差E和误差变化率ΔE以及输出量U为三角形隶属度函数，如图5所示.3.4 模糊控制输出对于每个输入—输出数据对，依据模糊控制规则和输入输出模糊量的隶属度函数，分别产生一条控制规则并可以计算出该规则的强度.最终形成模糊规则库如表1所示，最终的模糊规则库部分输出是空的，说明输入—输出数据对并没有覆盖所有的状态空间.对于本系统的控制要求已经基本够了.从模糊规则库看出，误差变化率越小，调节量越精细.体现了输出功率越接近最大功率点(曲线顶点)处的精确调试，保证系统的精度和稳定性.图5 模糊控制器隶属度函数表1 输出U模糊控制规则库ΔEiEiPBPMPSZ0NSNMNBPBPBPBPBPMPSPMPBPMPMPSPSPSPSPMPMPSPSPSPSPSZ0PSPSZ0Z0Z0NSNSNSNSNSNSNSNSNMNMNMNSNSNSNMNMNMN BNSNMNMNBNB4 控制效果为验证基于模糊算法的风力发电机MPPT控制的正确性和有效性，可以采用dSPACE半实物仿真软硬件工作平台运行验证.dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统，适合在实验室无风条件下实现风力发电机并网系统实验研究[6].实验系统对直流永磁式同步风力发电系统的MPPT控制效果与最大功率曲线理论计算结果进行对比.永磁同步发电机参数为：极对数12；定子电阻0.695 Ω；定子电感4.1 mH；转子永磁体磁通0.1167 Wb.风力机参数为：桨距角0°；叶片半径1.2897 m；λopt=5；Cpmax=0.3955.变换器参数为：进线电抗器电阻0.1 Ω；电感5 mH；直流侧电容2200 μF；直流侧设定电压60 V.图6 有功功率和转速跟随风速给定控制效果如图6 所示，系统从第7 s后开始记录，假设之前已经处于稳定状态.风速设定为5.5 m/s，在第11 s突变为7.2 m/s，第15 s突降为4.6 m/s.对应的发电机的转速从15.2 rad/s，跟随上升到18.0 rad/s，再下降到13.1 rad/s.对应的电网侧有功功率从74 W，跟随上升到115 W，再跟随下降到34 W，均运行在不同风速给定下的最大功率点.按照最大功率曲线计算的理论分别为72 W、119 W、32 W，有功功率的记录值与最大功率曲线理论计算值相符合.且系统的跟随性能良好，输出功率的响应时间小于1 s.说明系统达到了良好的MPPT控制效果.5 结语由于直驱式或半直驱式永磁式风力发电机机控制系统难以建立准确的数学模型，目前常采用的控制方法，如最大功率曲线算法作为控制输入，受外界电网参数和传感器信号等环境因素影响，容易出现较大系统控制误差，很难实现真正意义上的最大功率跟踪控制[7].采用模糊控制策略的控制系统因为无需依赖系统的数学模型且对外界干扰鲁棒性好，可以有效克服这些问题，并成为近年来该领域的研究热点.随着嵌入式计算机技术快速发展，CPU的运算速度和内存大大提高，可以“毫秒”级实现复杂的数学计算和输出，支持本文提出的模糊化数字算法，并通过软件根据输出功率斜率变化实现“数字开关”的通断控制，实现控制算法的改进.本文采用类似功率曲线“爬山法”实现最大功率跟踪模糊控制，并根据输出功率曲线的斜率变化设定控制算法加以改进优化.模糊控制规则库基于近年来大中型永磁风力发电机实际运行经验和数据，算法简单可靠.相对于目前采用的其他控制方法，具有控制稳定、精度高、鲁棒性好等优点.将本文提出的方案稍加改进，还可以应用于风电行业其它类型发电系统，如异步发电机、同步发电机和双馈异步发电机等，因此有一定的推广和应用价值.参考文献【相关文献】[1] 殷培峰.基于变速恒频风力发电机转子电流控制技术的应用[J].工业仪表与自动化装置,2016(2):51-53[2] 惠晶.新能源发电与控制技术[M].机械工业出版社,2012:81.[3] Tony Burton, David Sharpe, Nick Jenkins, Ervin Bossanyi. Energy Handbook[M].科学出版社,2011:405.[4] 马宏忠.风力发电机及其控制[M].中国水利水电出版社,2016:204.[5] 霍文明.基于优化模糊PI控制的DFIG矢量控制系统研究[J].电力学报,2016(3):229-231.[6] DSpace Ltd.Germany. dSPACE使用手册[M].Beijing:HiRain Technologies,2013.[7] 念丽波.变速恒频双馈风力发电最大功率跟踪控制[J].机械与电子,2015(12):53-56.。
