風(fēng)電系統(tǒng)中雙饋發(fā)電機(jī)組的控制

呂東明

摘 要：隨著現(xiàn)代科技的不斷更新，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也取得了飛速發(fā)展。本文介紹風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法的發(fā)展歷程，詳細(xì)闡述幾種控制策略，進(jìn)而對(duì)風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電系統(tǒng)；雙饋發(fā)電機(jī)組；控制

1 前言

隨著不可再生資源的日益減少，人們加大了對(duì)可再生資源的開發(fā)和利用。風(fēng)能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生資源受到人們的青睞，世界各國(guó)也加大了對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)和利用。近年來，隨著電子技術(shù)以及風(fēng)力控制技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也取得了前所未有的進(jìn)步。但由于風(fēng)能具有不確定性、不易控制等特性，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓、電功率均不穩(wěn)定，因此，必須采取措施調(diào)整和控制電能品質(zhì)。

對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而言，控制技術(shù)是其核心技術(shù)，通過對(duì)風(fēng)力發(fā)電的控制，可以保證整個(gè)發(fā)電機(jī)組的安全高效運(yùn)行。加大對(duì)控制技術(shù)的研究，可以有效提高我國(guó)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自主開發(fā)能力，有效降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成本，提高其國(guó)產(chǎn)化。

2 風(fēng)電機(jī)組控制方法發(fā)展歷程

2.1 傳統(tǒng)控制方法

要想最大限度地獲得風(fēng)能，就要通過調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)槳矩角或發(fā)電機(jī)的電磁力來調(diào)節(jié)風(fēng)速的變化，從而使葉尖比保持最佳值。傳統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組控制方法是通過線性化模型來跟蹤記錄葉尖速比，通過測(cè)量風(fēng)速或電功率來對(duì)控制方案進(jìn)行反饋，為了保證風(fēng)力機(jī)葉處風(fēng)速測(cè)量的精確性，可以采用電功率對(duì)控制方案進(jìn)行反饋。

2.2 現(xiàn)代控制方法

（1）滑動(dòng)?？刂?。在風(fēng)速擾動(dòng)和機(jī)械不確定的情況下，采用滑動(dòng)?？刂撇粌H可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣參數(shù)的無差跟蹤，而且能夠最大限度地獲得風(fēng)能。又因滑動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，因此被越來越多地應(yīng)用到實(shí)際操作中。但其也存在一定的缺陷，在進(jìn)行滑動(dòng)模控制時(shí)存在切換抖動(dòng)，在一定程度上會(huì)沖擊風(fēng)力機(jī)械設(shè)備。

（2）H ∞控制。對(duì)于參數(shù)不確定、有建模誤差和干擾位置系統(tǒng)的控制，可以采用H魯棒控制進(jìn)行解決。H魯棒控制能有效對(duì)非線性空氣特性、變槳距控制機(jī)構(gòu)和柔性傳動(dòng)鏈動(dòng)態(tài)的風(fēng)電系統(tǒng)進(jìn)行有效處理，進(jìn)而在建模不確定的條件下，最大限度地獲得風(fēng)能。

3 幾種控制策略

3.1 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理

在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中用到的主流機(jī)型就是雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)（見圖1），該發(fā)電機(jī)具有雙饋性、控制靈活、雙重性以及變速恒頻等特點(diǎn)。

其工作原理是，當(dāng)雙饋發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)候，定子和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)在空間上保持相對(duì)靜止。當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同時(shí)，相對(duì)于轉(zhuǎn)子而言，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)以轉(zhuǎn)差角頻率旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速低于兩者的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向一致；而當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速高于兩者的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反。雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接變頻器的雙饋調(diào)節(jié)，就是要在轉(zhuǎn)子回路的基礎(chǔ)上串入附加電勢(shì)，通過對(duì)相位、相序和附加電勢(shì)大小的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。

3.2 自適應(yīng)模糊控制

在風(fēng)速較低時(shí)，湍流、塔架振顫明顯彎曲，雷諾數(shù)的不穩(wěn)定性都會(huì)導(dǎo)致功率存在誤差，此時(shí)，Pg和電機(jī)的轉(zhuǎn)速也不能呈現(xiàn)立方關(guān)系，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的效率明顯下降，不能得到準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)模型。而模糊自適應(yīng)控制模型（見圖2）可以有效地解決這一問題。

當(dāng)被控制對(duì)象的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，參數(shù)會(huì)發(fā)生偏離，此時(shí)，測(cè)得的輸出功率和參考的輸出功率均存在不同程度的誤差，被控制的對(duì)象可以用下式來表示：

X（n）=f（x，x（1），…，x（n-1））+bu

Y=x （1）

式中，f表示未知函數(shù)，b表示未知的正常數(shù)。通過設(shè)計(jì)模糊系統(tǒng)，合理調(diào)整反饋控制器和參數(shù)向量θ的適應(yīng)率，進(jìn)而對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和槳矩角進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到誤差趨于零?？梢圆捎肐f-then結(jié)構(gòu)來構(gòu)造模糊系統(tǒng)：

4 未來趨勢(shì)——智能化控制

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化控制已被越來越多地運(yùn)用到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。為了有效控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的非線性因素與參數(shù)時(shí)變，可以采用模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等智能方法。通過這些智能控制的方法，可以對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)效果。

5 結(jié)論

在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)受到越來越多的青睞。本文主要介紹了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的幾種控制策略，通過對(duì)其研究，有利于發(fā)電機(jī)組的技術(shù)改造，同時(shí)大力推動(dòng)了我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自主開發(fā)。

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