風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的先進(jìn)控制技術(shù)研究

董云波

云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 云南曲靖 655001

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高性能的控制技術(shù)是提高風(fēng)力發(fā)電水平，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠安全運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，其對(duì)于提高風(fēng)能捕獲和并網(wǎng)發(fā)電可靠性具有決定性作用。而不平穩(wěn)的功率不僅會(huì)破壞電網(wǎng)的穩(wěn)定性，還有可能使電網(wǎng)頻率偏移正常值，進(jìn)而損壞需要在恒定頻率下工作的各類電器。目前在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)集中在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的先進(jìn)控制策略和優(yōu)化技術(shù)等方面。

一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)

風(fēng)力發(fā)電是一種緩解能源危機(jī)的有效手段，其以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到了世界各國(guó)廣泛的關(guān)注和重視。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要有籠型異步發(fā)電機(jī)、雙饋異步發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)等等。其中，籠型異步發(fā)電機(jī)主要是借助電容器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償，高于同步轉(zhuǎn)速附近恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，使用定槳距失速促使發(fā)電機(jī)運(yùn)行。雙饋異步發(fā)電機(jī)在實(shí)際運(yùn)用中可以有效降低功率變化器功率。同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速較低、軸向尺寸較小，更加適合應(yīng)用在啟動(dòng)力矩較大的并網(wǎng)中。

當(dāng)前，研發(fā)人員對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行了不斷創(chuàng)新和完善，其新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要包括無刷雙饋異步發(fā)電機(jī)、永磁無刷同步發(fā)電機(jī)和永磁同步發(fā)電機(jī)等等。其中，無刷雙饋異步發(fā)電機(jī)自身優(yōu)勢(shì)較為突出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，過載能力強(qiáng)，運(yùn)行效率更高、更可靠，可以有效改善傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)型雙饋發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程存在的缺陷和不足，同時(shí)其還具有籠型異步發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)。永磁同步發(fā)電機(jī)則是運(yùn)用二極管代替電刷裝置，將兩者連接為一體基礎(chǔ)上，采用外電樞結(jié)構(gòu)。永磁同步發(fā)電機(jī)不需要加設(shè)勵(lì)磁裝置，可以有效降低勵(lì)磁損耗，運(yùn)行優(yōu)勢(shì)較為突出，值得廣泛推廣和應(yīng)用。

二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變漿距控制技術(shù)

（一）風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制技術(shù)的重要性

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速主要受到三種力矩的作用：氣動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)矩、發(fā)電阻力轉(zhuǎn)矩和阻尼力矩，其中氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩是維持風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力矩。為了維持風(fēng)力發(fā)電化的功率輸出在額定功率值，可以通過調(diào)整漿距角改變風(fēng)輪葉片的受風(fēng)面大小，與風(fēng)速的大小變化達(dá)成一種平衡。而且，極端的風(fēng)速突變情形，例如陣風(fēng)等，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的疲勞載荷，自動(dòng)停機(jī)，甚至損害某些風(fēng)輪部件。而變漿控制系統(tǒng)可以調(diào)整陣風(fēng)對(duì)風(fēng)輪的扭轉(zhuǎn)力矩，做出處理應(yīng)對(duì)。

（二）L1自適應(yīng)變漿距控制器

本文提供一種高風(fēng)速段功率平穩(wěn)、高質(zhì)供電利于并網(wǎng)、對(duì)于不同風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無需反復(fù)設(shè)計(jì)的智能自適應(yīng)變漿距控制方法，其能夠針對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化做到在線學(xué)習(xí)調(diào)整，以滿足大多數(shù)變漿距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的需求。

L1自適應(yīng)控制器主要是由狀態(tài)預(yù)測(cè)器、自適應(yīng)機(jī)制和實(shí)際控制器輸出三個(gè)模塊構(gòu)成。其中，狀態(tài)預(yù)測(cè)器是基于參考模型的基礎(chǔ)之上構(gòu)建的，主要是計(jì)算出理想的輸出估計(jì)值；而自適應(yīng)機(jī)制則可在線調(diào)整可校正參數(shù)，力求實(shí)際模型與參考模型的動(dòng)態(tài)響應(yīng)一致；實(shí)際控制器輸出中含有可校正參數(shù)的控制器輸出，是被控對(duì)象的實(shí)際控制量。以上各部分之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 L1控制器原理圖

根據(jù)圖上所顯示的內(nèi)容，L1控制器可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際被控對(duì)象對(duì)參考模型的跟蹤收斂，即當(dāng)被控對(duì)象的參數(shù)被精確地在線估計(jì)時(shí)，相應(yīng)的控制律使系統(tǒng)的輸出與參考模型的輸出相等。

三、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中運(yùn)用控制技術(shù)，能夠更大范圍地應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，并緩解能源壓力，降低對(duì)資源的消耗，在提升效率的同時(shí)，促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)向著智能化、現(xiàn)代化的方向發(fā)展。尤其是在大型風(fēng)力發(fā)電控制中，可以有效降低土地資源占用，提升系統(tǒng)運(yùn)行功率。變槳距控制技術(shù)經(jīng)過不斷完善創(chuàng)新，在實(shí)際應(yīng)用中可以有效降低風(fēng)力發(fā)電規(guī)模局限性，提升能源利用效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)，避免對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。

四、結(jié)束語

綜上所述，風(fēng)能作為一種清潔型的能源，其可以有效緩解能源危機(jī)，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的先進(jìn)控制技術(shù)經(jīng)過不斷完善和創(chuàng)新，能夠推動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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