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

陳錦龍

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的信息化進(jìn)程有了很大進(jìn)展。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(jìng)爭(zhēng)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(lái)越重要的作用。當(dāng)下研究針對(duì)如何的實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jiǎn)單列舉幾項(xiàng)技術(shù)的簡(jiǎn)單運(yùn)用并且對(duì)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

現(xiàn)代信息化控制技術(shù)是一種新型的技術(shù)，在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中普遍應(yīng)用了此技術(shù)，并充分發(fā)揮了現(xiàn)代信息化控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以說(shuō)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)與現(xiàn)代控制技術(shù)有密切關(guān)系。

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(hào)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(duì)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(jiàn)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(duì)于模糊控制技術(shù)的應(yīng)用。而模糊控制技術(shù)簡(jiǎn)單說(shuō)就是模擬在不確定性對(duì)于各種問(wèn)題的模糊性分析，從而得到最確切的分析結(jié)果。通過(guò)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(hào)來(lái)觀測(cè)，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

從本質(zhì)上來(lái)講，風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)就是一個(gè)呈現(xiàn)非線性關(guān)系的系統(tǒng)，由于在運(yùn)作中會(huì)受到風(fēng)俗速影響，這一控制系統(tǒng)由很多種技術(shù)參數(shù)組成。微分幾何控制技術(shù)在運(yùn)用過(guò)程中，風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中非線性關(guān)系這一問(wèn)題是必須要解決的，之后就是對(duì)雙饋發(fā)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的操作，在多次研究后得到最后的輸入或者輸出命令，最后就是需要充分融合發(fā)電機(jī)反應(yīng)的情況，確保風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的運(yùn)作，這樣就能夠更好地捕獲風(fēng)能，提升風(fēng)力發(fā)電水平。假如額定值小于風(fēng)的速度，這時(shí)就可運(yùn)用風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度降低的方法控制好風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的功率，確保其功率值，此技術(shù)的應(yīng)用可代替以前的變槳距系統(tǒng)，有效的加強(qiáng)工作效率。同時(shí)，在數(shù)學(xué)中微分幾何知識(shí)的利用下，在微分結(jié)合控制技術(shù)利用就能夠?qū)⒕€性變化關(guān)系反映出來(lái)，這樣風(fēng)力發(fā)電機(jī)非線性關(guān)系就能轉(zhuǎn)化成為線性關(guān)系，便于操作。結(jié)合微分幾何原理就能夠設(shè)計(jì)出一個(gè)控制設(shè)備，這個(gè)設(shè)備不但簡(jiǎn)單，而且使用起來(lái)很方便，便于更好的控制非恒速發(fā)電機(jī)組。但需要明確的是：微分幾何非線性控制理論反饋控制中優(yōu)勢(shì)很多，但在設(shè)計(jì)這一控制技術(shù)中特別是計(jì)算中難度很大，通常狀況下它反映的是一種函數(shù)，并且是很難看懂的非線性函數(shù)，這種算法的局限性很大。另外，在時(shí)代的迅猛發(fā)展下，不斷提高了CPu性能，這樣就能夠在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)里更好地應(yīng)用微分幾何控制理論，這樣這一理論會(huì)有更大范圍的應(yīng)用。

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

在風(fēng)力發(fā)電的控制系統(tǒng)中，自適應(yīng)控制要做到對(duì)于過(guò)程參數(shù)變化檢測(cè)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(jiǎn)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(guò)電流信號(hào)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(wú)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(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)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

由于風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的隨機(jī)擾動(dòng)較大，不確定的因素較多，因而，可以采用最優(yōu)控制技術(shù)，用優(yōu)化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)有效的控制，它不同于局部線性化的方法，可以最大程度地實(shí)現(xiàn)精確解耦線性化，采用線性最優(yōu)控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能的捕獲。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，其轉(zhuǎn)子電流變化劇烈，這與電功率波動(dòng)小的需求相矛盾，為了對(duì)這個(gè)矛盾進(jìn)行折衷處理，可以采用最優(yōu)控制技術(shù)的方式，設(shè)計(jì)最優(yōu)功率輸出調(diào)節(jié)器，抑制大功率負(fù)載投切引起的母線電壓擾動(dòng)，通過(guò)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的追蹤風(fēng)速變化，保持最優(yōu)葉尖速比，從而實(shí)現(xiàn)額定風(fēng)速之下風(fēng)能的最大捕獲。

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)稱之為非線性映射，具有很強(qiáng)的抗逆能力，具有一定的自組織性，可以學(xué)習(xí)與適應(yīng)不確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征，并具有其他系統(tǒng)無(wú)法比擬的容錯(cuò)能力。風(fēng)速是始終處于變化狀態(tài)的，風(fēng)速預(yù)測(cè)既和預(yù)測(cè)方法有很大關(guān)系，也與預(yù)測(cè)地點(diǎn)與預(yù)測(cè)周期有很大關(guān)系?？墒褂脮r(shí)間序列神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)短期風(fēng)速預(yù)測(cè)方法，這種方法用時(shí)間序列模型對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中輸入量進(jìn)行選擇，并使用多層反向傳播網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)預(yù)測(cè)風(fēng)速序列。同時(shí)，也能使用小波分析與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)互通的方法來(lái)短時(shí)間預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電功率。使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量進(jìn)行預(yù)測(cè)，這樣可降低功率波動(dòng)率。使用前對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計(jì)風(fēng)速，這樣能夠加強(qiáng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，即便在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中風(fēng)速出現(xiàn)了很大的變化，也可以正常穩(wěn)定運(yùn)作。在風(fēng)電機(jī)組研究過(guò)程中，變槳距系統(tǒng)是很重要的一部分。結(jié)合變速變距型風(fēng)電機(jī)組液壓驅(qū)動(dòng)變式情況，可使用控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變距的方式，來(lái)完善解決變槳距機(jī)構(gòu)的參數(shù)時(shí)變性、滯后性控制等一系列問(wèn)題。在彈性自適應(yīng)人工魚群BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)槳距控制器能夠使風(fēng)電機(jī)組變化風(fēng)力中獲得最大能量能，轉(zhuǎn)速與機(jī)械負(fù)載變化量最小。為了能夠捕獲更大的風(fēng)能，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器結(jié)合了發(fā)電機(jī)預(yù)測(cè)模型，綜合了BP算法與遺傳算法的優(yōu)勢(shì)，提出了新型的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，此算法經(jīng)常用于診斷風(fēng)電機(jī)組齒輪箱故障中，加強(qiáng)了工作的穩(wěn)定性與可靠性。Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠降低網(wǎng)絡(luò)調(diào)整參數(shù)的敏感性，對(duì)局部極小值的出現(xiàn)能夠很好抑制，所以Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在診斷故障中可以識(shí)別出這種故障類型，進(jìn)而有效判別齒輪箱故障。在非線性系統(tǒng)中利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并不需要精確度提高的數(shù)學(xué)模型，在自學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠取得控制很好的效果，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化電能質(zhì)量。在分析風(fēng)電機(jī)動(dòng)力學(xué)過(guò)程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠充分利用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化電能質(zhì)量。在分析風(fēng)力機(jī)動(dòng)學(xué)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以更好利用，并且容錯(cuò)能力非常強(qiáng)，不確定的風(fēng)電機(jī)組模型，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)以及其他幾種控制技術(shù)，這樣就能夠構(gòu)建起科學(xué)的數(shù)字信號(hào)器，此控制器能夠最大程度上降低載荷，具有很強(qiáng)的有效性。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，風(fēng)速所帶來(lái)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(cè)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(duì)性的對(duì)于電流信號(hào)，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(lái)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(guó)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)一定會(huì)趕超世界強(qiáng)國(guó)。

（作者單位：國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)（連云港）有限公司）