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基于前馈与PID的风电控制系统研究
基于前馈与PID的风电控制系统研究
摘要：风电作为一种可再生能源的重要组成部分，具有广阔的发展前景。然而，由于风力发电系统的非线性和复杂性，控制风力发电系统一直是一个具有挑战性的问题。本文基于前馈与PID的控制方法对风电控制系统进行研究，以提高系统的稳定性和效率。
关键词：风电控制系统、前馈控制、PID控制、稳定性、效率
1.引言
风力发电作为一种清洁能源，能够有效减少对传统能源资源的依赖，具有巨大的发展潜力。然而，由于风力发电系统的非线性、不确定性和时变特性，风力发电系统的控制一直是当前研究的热点之一。
2.风力发电系统的控制
2.1风力发电系统的结构
风力发电系统一般包括风力发电机组、转子、塔筒、变频器等组成。风力发电机组通过接受风的能量来转换为电能，并通过变频器将电能输出到电网。
2.2前馈控制方法
前馈控制是一种基于系统模型的控制方法，通过提前预测系统的变化趋势来优化控制输出。在风力发电系统的控制中，前馈控制可以通过预测风速和转子角速度来提前调节发电机组的转速和功率输出，从而提高系统的动态响应性能。
2.3PID控制方法
PID控制方法是一种基于误差反馈的控制方法，通过调节比例、积分和微分三个参数来实现对系统的稳定控制。在风力发电系统的控制中，PID控制可以通过根据当前风速和转子角速度计算误差，并根据误差来调节发电机组的转速和功率输出，从而实现对系统的稳定控制。
3.基于前馈与PID的风电控制系统设计
3.1风速和转子角速度的测量与估计
风速和转子角速度是风力发电系统控制的重要参数，需要通过传感器进行测量和估计。在本文中，利用风速传感器和转子角速度传感器来实时测量风速和转子角速度，并通过卡尔曼滤波器对其进行估计。
3.2前馈与PID控制器设计
基于前馈与PID的风电控制系统设计主要包括前馈控制器和PID控制器的设计。前馈控制器根据估计的风速和转子角速度来提前预测风力发电机组的转速和功率输出，PID控制器通过调节比例、积分和微分三个参数来实现对系统的稳定控制。设计过程中需要考虑控制器的参数整定和控制策略的选择。
4.仿真与实验结果分析
通过对基于前馈与PID的风电控制系统的仿真与实验，分析控制系统的性能指标，如跟踪精度、稳定性和效率等。通过与传统控制方法相比较，验证基于前馈与PID的控制方法在提高风电控制系统性能方面的优势。
5.结论
本文基于前馈与PID的控制方法对风电控制系统进行研究，实现了对风电系统的稳定控制。通过仿真与实验结果分析，验证了基于前馈与PID的控制方法在提高风电控制系统性能方面的有效性和可行性。未来的工作可以进一步优化控制器参数的设计、增加其他控制策略的组合，以提高风力发电系统的控制精度和效率。
参考文献：
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[2]王五，赵六.风力发电系统的控制研究进展及展望[J].电力系统自动化，2019，43（4）：1-8.