信息化控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的運(yùn)用

閆豪 李君略

摘 要 風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)下風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的核心競爭力。尤其是在風(fēng)力發(fā)電的機(jī)組類型拓展之后，和電子功率變換技術(shù)的實(shí)現(xiàn)以后。而現(xiàn)代化的控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電的控制機(jī)構(gòu)中，將會(huì)起到越來越重要的作用。當(dāng)下研究針對如何的實(shí)現(xiàn)對于信息化控制技術(shù)的綜合運(yùn)用，使得風(fēng)力發(fā)電的控制系統(tǒng)能夠更加安全有效的運(yùn)行，并且取得良好的控制效果，成為了熱點(diǎn)，本文將簡單列舉幾項(xiàng)技術(shù)的簡單運(yùn)用并且對于其發(fā)展前景進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】信息化 控制技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電因?yàn)楦蓛魺o污染可再生等環(huán)境保護(hù)型特點(diǎn)受到一部分國家例如歐洲的荷蘭的青睞，而在中國，因?yàn)榧夹g(shù)開發(fā)落后等原因，風(fēng)力發(fā)電一直有著美好的前景。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)尤其是控制技術(shù)的應(yīng)用顯得尤其重要。而大家所熟知的是，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)非常的復(fù)雜，而且往往存在多種干擾。在這種不確定而又復(fù)雜的系統(tǒng)中，往往沒辦法直接建立模型，而是要設(shè)置多重動(dòng)態(tài)控制部分。而這即是現(xiàn)代化控制技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，通過不斷發(fā)展的現(xiàn)代化信息控制技術(shù)的強(qiáng)化應(yīng)用，可以解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各類干擾因素的控制，并最終完善整個(gè)項(xiàng)目。

1 專家系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的智能化應(yīng)用

首先專家系統(tǒng)是一類程序，它負(fù)責(zé)智能性的推理在現(xiàn)實(shí)工作中發(fā)生的各種難以推進(jìn)的項(xiàng)目。例如各類故障。由于其由符號系統(tǒng)構(gòu)成，解釋能力強(qiáng)大，因此在應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電的控制系統(tǒng)中對于各種模式的判定和處理以增強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中自身的系統(tǒng)故障排查和處理。但是在整個(gè)風(fēng)力發(fā)電控制的系統(tǒng)中，僅僅有一道推理程序是是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。由于風(fēng)力發(fā)電的系統(tǒng)組成部分眾多，常見的就有風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架、驅(qū)動(dòng)鏈、偏航裝置等。因此在建立專家系統(tǒng)的前提下，還應(yīng)該根據(jù)實(shí)際結(jié)合對于模糊控制技術(shù)的應(yīng)用。而模糊控制技術(shù)簡單說就是模擬在不確定性對于各種問題的模糊性分析，從而得到最確切的分析結(jié)果。通過這兩類推理決策程序的最終判定，整個(gè)系統(tǒng)的故障原因往往能被快速的分析并解決。反饋的方式往往是由機(jī)組的電流信號來觀測，實(shí)用性也會(huì)大大的增強(qiáng)。

2 微分幾何控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的運(yùn)用

微分幾何技術(shù)主要是針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的非線性化變量而提出的解決方案。在這種信息化控技術(shù)中，理論上來自微分代數(shù)系統(tǒng)模型，通過對于引申模型理論的應(yīng)用，反饋出精確的線性化，從而確定干擾的因素。微分幾何控制主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)矩控制和變流技術(shù)中，提出非線性的多 輸入和多輸出狀態(tài)反饋解耦控制方案，對風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng) 中的雙饋發(fā)電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)速兩個(gè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)完全解耦，并且當(dāng)風(fēng)速超過額定值時(shí)，要降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速， 不能使用過于復(fù)雜的變槳距機(jī)構(gòu)，要在微分幾何反饋線性變 換的條件下，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的非線性模型全局線性化，實(shí)施變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的恒功率控制。由于其有算法負(fù)責(zé)，并且對于控制的計(jì)算機(jī)要求較高。在實(shí)際的應(yīng)用中還是有一定的限制。

3 自適應(yīng)控制信息化技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

自適應(yīng)控制信息化就是即是以環(huán)境改變而自動(dòng)調(diào)整自身的控制參數(shù)，所以它對于整體參數(shù)的變化過程要給予高度的關(guān)注。在風(fēng)力發(fā)電的控制系統(tǒng)中，自適應(yīng)控制要做到對于過程參數(shù)變化檢測的同時(shí)，實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)控制器，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。而構(gòu)建一個(gè)自適應(yīng)控制系統(tǒng)的模型簡單，應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電的系統(tǒng)中還需要設(shè)計(jì)一個(gè)高性能的追蹤系統(tǒng)，例如槳距自適應(yīng)控制系統(tǒng)，通過電流信號在實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的同時(shí)，可以進(jìn)行參數(shù)追蹤。應(yīng)用到現(xiàn)代的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中，以無速度傳感器矢量控制技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)定模型追蹤風(fēng)速，在權(quán)衡最大風(fēng)能捕獲和機(jī)械疲勞造成的損耗 最小兩個(gè)指標(biāo)下，由適應(yīng)器調(diào)節(jié)控制，在正確的補(bǔ)償或者減低設(shè)定的風(fēng)速過程中，實(shí)現(xiàn)對于風(fēng)力的合理的最大化的運(yùn)用。

4 最優(yōu)控制智能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

前文提到風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的隨機(jī)變量多，不確定或者干擾的因素大，主要指的是風(fēng)能捕獲利用方面。通過最優(yōu)控制智能技術(shù)的使用，可以最大程度的分解和線性化干擾因素。因其數(shù)學(xué)模型已通過多次認(rèn)證，因此對于變量或者干擾因素的線性化分解，設(shè)計(jì)最優(yōu)控制，從而有效的捕獲和利用風(fēng)能。另一方面在發(fā)電機(jī)控制方面，也可以采用最優(yōu)控制技術(shù)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的過程中，運(yùn)用最優(yōu)功率調(diào)節(jié)器，在其功率和電功率波動(dòng)之間尋求最優(yōu)解決參數(shù)，從而使得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持最優(yōu)葉尖速比，獲得最大風(fēng)能捕獲。

5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過對動(dòng)物神經(jīng)的研究，模仿神經(jīng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)特征，在電力系統(tǒng)中具有高度的應(yīng)用。其類似于神經(jīng)元的獨(dú)立性以及并聯(lián)完成任務(wù)的組織性，可以在風(fēng)力發(fā)電過程中對于風(fēng)速實(shí)現(xiàn)預(yù)測。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中所采用的模型大多為反向傳播算法模型，在BP以及廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用中，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自帶的演算和變量輸入，可以有效的預(yù)測風(fēng)速和風(fēng)量。而其具備的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是即是系統(tǒng)中存在這大量的不確定性，其也能在通過減少功率的波動(dòng)來實(shí)現(xiàn)預(yù)測。從而穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制。

綜上所述，風(fēng)速所帶來的影響因素隨機(jī)性和非線性，使得風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制存在在復(fù)雜和難以預(yù)測的特征。結(jié)合運(yùn)用現(xiàn)代化的信息控制技術(shù)，可以有針對性的對于電流信號，風(fēng)速，風(fēng)能捕獲量燈量化因素進(jìn)行控制，從而達(dá)到就目前而言的最優(yōu)控制效果。在未來技術(shù)的發(fā)展的變革中，一定會(huì)有更多更有效的模型建立和技術(shù)變革從而應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)乃至電力系統(tǒng)中，到時(shí)候我國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)一定會(huì)趕超世界強(qiáng)國。

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作者簡介

閆豪（1980-），男，大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)深圳東方鍋爐控制有限公司成都分公司系統(tǒng)集成工程師、自動(dòng)化工程師。研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制系統(tǒng)。

作者單位

深圳東方鍋爐控制有限公司成都分公司 四川省成都市 610071