風力發(fā)電機組的控制技術探析

于海舒

摘 要：目前，可再生能源的使用和開發(fā)比較普遍，其中之一就是風能，有效地利用風能，就可以把風能轉變成機械能，最終轉變?yōu)殡娔?，從而實現(xiàn)電力輸送，不但可以盡量少的消耗不可再生能源，還可以有效的保護環(huán)境，從而使經濟效益提高。在風電系統(tǒng)中，有一個重要的組成部分就是風力發(fā)電機組，發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定的運行和風力發(fā)電機組安全運行有著很大的關系。本文對于開發(fā)利用風能以及發(fā)電機組分類進行了簡述，最后針對發(fā)電機組的控制技術進行了分析。

關鍵詞：風能；風力發(fā)電機組；控制技術

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0141-02

隨著社會的進步，電能成為各界不斷需求的能源，從而促進供電領域的不斷發(fā)展。風能是一種可再生的清潔能源，使用風能進行發(fā)電，對于供電行業(yè)和社會可持續(xù)發(fā)展方面都有著相當重要的意義。將風能轉變成電能的重要系統(tǒng)就是風力發(fā)電機組，其中控制系統(tǒng)是風力發(fā)電機組的重要組成部分，要對其加以重視，發(fā)電機組的控制要使用科學的手段，才能使發(fā)電機組的功效得到最大的發(fā)揮，風能轉化為可靠的電能。

1 開發(fā)利用風能

為了經濟的發(fā)展，人們往往需要大量使用各種能源，近些年來，社會快速發(fā)展過程中，能源緊缺的問題開始凸現(xiàn)出來，同時環(huán)境也污染加劇。想要人們有可持續(xù)發(fā)展的生存環(huán)境，對于能源的使用以及環(huán)境污染問題必須要重視起來。像不可再生的煤炭和石油等能源要盡量減少使用，這類能源不僅不可再生，還嚴重污染生態(tài)環(huán)境。要注重可再生清潔能源的開發(fā)使用，像是風能的開發(fā)，可以使生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，也推動了社會經濟發(fā)展。風力資源是我國豐富的能源，在發(fā)電上其不同于常規(guī)能源，使用風能發(fā)電，生態(tài)環(huán)境在一定程度上得以被保護。作為實現(xiàn)利用風力資源的重要系統(tǒng)，風力發(fā)電機組在快速發(fā)展的科學技術中，其控制技術有了很大的進步，從而發(fā)展為更加可靠、智能和輕盈的發(fā)電系統(tǒng)。在風能發(fā)電上，有著靈活投資、占地面積小、施工期短的優(yōu)點，使社會和經濟的效益共同發(fā)展。在風能開發(fā)的領域里受到了國家重要的政策支持，近幾年，風能發(fā)電得到了迅速發(fā)展，更有效開發(fā)和使用風能，使得風電機組在控制上的技術也不斷加強。

2 風力發(fā)電機組分類

通過風力發(fā)電機組的特點和使用效果劃分其種類：（1）依據(jù)不同地域的使用來分類，主要有兩種類型，一個是陸上風力發(fā)電機組，另一個是海上風力發(fā)電機組。近幾年發(fā)展比較快，成為主要發(fā)展趨勢的是海上風力發(fā)電。（2）依據(jù)發(fā)電機不同的容量分為兩類，一個是大型發(fā)電機組，另一個是中型發(fā)電機組，主要使用于海上發(fā)電的大型發(fā)電機組有著突出效果，也是發(fā)電機組研發(fā)的重點對象。（3）依據(jù)發(fā)電機組不同類型分為兩類，一個是直驅型發(fā)電機組，另一個是雙饋型發(fā)電機組，直驅型發(fā)電機組因為沒有齒輪增速箱，在應用此類機組時要使用同步發(fā)電機，雙饋型發(fā)電機組有齒輪增速箱，在應用這類發(fā)電機組時使用異步發(fā)電機。（4）依據(jù)發(fā)電機組的槳距特性主要分為兩類，一個是變槳距發(fā)電機組，另一個是定槳距發(fā)電機組，結構復雜的是變槳距發(fā)電機組，因此其也有著復雜的控制方式，但是利用風能的效率很高，還可以全面優(yōu)化輸出功率，因此是目前風能發(fā)電控制的主要方式。

3 分析機組的控制技術

3.1 H∞魯棒控制

H∞魯棒控制的理論基礎是Hardy空間，無窮范數(shù)要根據(jù)個別性能指標進行優(yōu)化。H∞魯棒控制可以有效地處理多變量問題，在其數(shù)學基礎上，可解決初期建模出現(xiàn)的問題。風能激勵時，H∞有較小的范數(shù)，控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定的輸出，同時依據(jù)目標軌跡系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行。魯棒控制是發(fā)電機組控制中的重要技術。有著不穩(wěn)定的風向和風速時，風力發(fā)電系統(tǒng)可以受到魯棒原理進行控制，風能可以被快速的追蹤到，從而使風能利用率得到提高，更有效的捕獲風能。

3.2 滑模變結構控制

因為風力發(fā)電機組是非線性系統(tǒng)，其有多變復雜的運行特征，在運行中會遇到可能變化的負載、風力、風向等，使自身的運行受到影響，因此，通過建立數(shù)學模型很難使該機組受到良好的控制?；Ｗ兘Y構控制是開關型控制，控制時具有不連續(xù)性，在預先進行設定時，滿足其相應條件，在指定的空間里系統(tǒng)就會進行滑模運動，該方法有著設計簡單，反應速度快，不敏感于發(fā)生變化的系統(tǒng)參數(shù)，魯棒性較強，操作性強等優(yōu)點，在不確定參數(shù)的狀態(tài)下，使系統(tǒng)的穩(wěn)定運行得以保障，滿足了有最大功率限制的風力系統(tǒng)，對于發(fā)電機組進行有效地控制。

3.3 矢量控制

使用矢量控制，可以最大化的跟蹤風能，能調節(jié)無功功率與有功功率之間的關系，有較強的適用性，更加的抗干擾，短時間的控制具有良好的穩(wěn)定性。矢量控制普遍應用于雙饋電機的控制系統(tǒng)中，發(fā)電機組的穩(wěn)定性會受到轉子電流勵磁分量的影響，因此，對于無功補償量有一定程度的限制。

3.4 最優(yōu)控制

風力發(fā)電機組所處的環(huán)境有以下特點：非線性、外部干擾多、不確定的風速變量等，數(shù)學控制不能達到效果，這種情況下，要想實現(xiàn)機組的最好控制，就要選擇最優(yōu)控制技術。最優(yōu)控制可以通過線性化模型的設計，準確的尋找周圍的工作點，確定解耦線性化的精確度，由此最大程度地對風力和風能進行控制和捕捉。電功率較小的波動與無功功率、有功功率在輸出上是有一定矛盾的，在這種情況下，可以使用最優(yōu)控制進行折中解決，在因線路故障而擾動電壓的問題上，最優(yōu)控制可以進行有效的控制。

3.5 人工神經網絡控制

把生物與人類的學習、判斷和適用等功能作為基礎，從而進行研究的理論就是神經網絡理論，其是一種比較重要的智能控制技術，有較強的自主適應性和組織性，可以準確的捕捉不確定的風力和變化嚴重的風力，在這種情況下也有良好的適應能力，使發(fā)電機組的發(fā)展更加智能。預測風速的準確性會受到特定風速、預測地點和預測時間的影響，面對這種情況，可以利用該技術合理預測風速，首先，確定風速的變量，可以利用時間序列模型來實現(xiàn)，在確定風量變速后，通過該技術進行有效的預測。如果是控制非線性系統(tǒng)，人工神經網絡是最好的選擇，在使用時不需要建立精準的數(shù)學模型，依據(jù)其本身的控制力以及適應力，使系統(tǒng)在電能質量轉變，存在不穩(wěn)定、不確定風向與風速時可以高效、安全的運行。

3.6 模糊控制

模糊控制在智能控制法中是比較典型的，語言規(guī)則與模糊推理作為該方法的基礎，是高級的控制方法，不會受到非線性因素的影響，有較強的魯棒性。使用該方法控制發(fā)電機組，能提高風能利用率，對最大功率進行跟蹤。該方法有著優(yōu)越的特點，與仿人智能技術、神經元網絡技術以及人工智能技術進行結合，推動控制機組的技術全面發(fā)展。在變槳距發(fā)電機組上使用該技術，可全面改善控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，有效的控制葉尖速比、風力發(fā)電機轉速和風輪槳距角，實現(xiàn)發(fā)電機組的恒定頻率與恒功率輸出。模糊控制也能有效控制抖振，使抖振減少，實現(xiàn)系統(tǒng)高質量的運行。

4 結語

因為電力領域過多的利用不可再生能源進行發(fā)電，消耗了大量能源，生態(tài)環(huán)境被嚴重的污染，對人類的發(fā)展造成一定阻礙。所以，要發(fā)展可再生綠色能源的使用，可以利用風力發(fā)電機組，對風能進行合理開發(fā)和有效地利用，使社會可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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