風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法改進(jìn)策略分析

高強(qiáng) 張延明 石樂(lè)林

摘要：在可再生能源領(lǐng)域之中，風(fēng)力發(fā)電具備很大的發(fā)展?jié)摿Γ澜绺鲊?guó)也開(kāi)始提升對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究力度，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能最大限度的應(yīng)用。本文根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法的分類進(jìn)行總結(jié)，并從滑模變結(jié)構(gòu)控制、矢量控制、最優(yōu)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制四方面，論述了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法的改進(jìn)，希望可以對(duì)相關(guān)工作起到一定的幫助作用。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;改進(jìn);策略

引言

如今，人們解決能源和環(huán)境問(wèn)題迫在眉睫，有些資源有限，還會(huì)產(chǎn)生許多污染。所以，世界各地都在關(guān)注可再生能源，而風(fēng)電有許多優(yōu)點(diǎn)，所以，利用可再生能源已成為各國(guó)的重點(diǎn)發(fā)展方向。我國(guó)的風(fēng)能資源并不匱乏，所以開(kāi)發(fā)潛力很大。我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)和控制技術(shù)的發(fā)展很快，因而，通過(guò)分析現(xiàn)階段我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的情況和控制技術(shù)水平的發(fā)展情況，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供一些有價(jià)值的信息。

1我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)況

我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展在技術(shù)方面上分為三步，一是引進(jìn)新技術(shù)，二是把技術(shù)消化吸收三是進(jìn)行自主創(chuàng)新。現(xiàn)如今，在這方面我國(guó)以快速發(fā)展起來(lái)。例如，我國(guó)的風(fēng)力制造業(yè)不斷提升。還有隨著國(guó)內(nèi)5WM容量等級(jí)風(fēng)電產(chǎn)品的不斷改進(jìn)，我國(guó)的兆瓦級(jí)機(jī)組在風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)被大量使用。雖然我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造業(yè)和配置零組件的發(fā)展足以滿足所需，但是一些高級(jí)配置仍然需要從國(guó)外進(jìn)口。所以，培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力和不斷探索新技術(shù)迫在眉睫。目前，是創(chuàng)新的年代，是需要快速發(fā)展的時(shí)代，新能源就是一個(gè)活生生的例子。作為新能源的一個(gè)重要部分，風(fēng)力發(fā)電近年來(lái)的發(fā)展越來(lái)越好。全球的能源越來(lái)越少，之前的能源已經(jīng)不足人們也已經(jīng)意識(shí)到了這個(gè)問(wèn)題，風(fēng)力發(fā)電無(wú)污染，施工時(shí)間比較短，投資也不多，而且需要的地區(qū)也不多，這就使得各個(gè)國(guó)家對(duì)其越來(lái)越關(guān)注。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆電器是一個(gè)非常重要的裝置，其特性的好壞決定了發(fā)電是否靈活。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們也將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)做出了很多改變，使其性能得到了很大改進(jìn)，促進(jìn)了其進(jìn)一步發(fā)展。

2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)措施

2.1滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是一種非線性的系統(tǒng)，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，有著復(fù)雜且多變的特性。當(dāng)在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，發(fā)生了風(fēng)向變化、風(fēng)力改變或是負(fù)載的情況時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行就會(huì)受到影響。而滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這一問(wèn)題的控制。對(duì)于滑模變結(jié)構(gòu)控制來(lái)說(shuō)，由于其性質(zhì)為開(kāi)關(guān)型控制，所以有著不連續(xù)控制的特性。在實(shí)際的使用中，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)設(shè)，就能夠確保在滿足預(yù)設(shè)條件的情況下，系統(tǒng)的滑模運(yùn)動(dòng)被限制在特定的空間內(nèi)。由于其在實(shí)際的操作中較為簡(jiǎn)單、且反應(yīng)的速度較快等優(yōu)勢(shì)，被廣泛的應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中。

2.2模變結(jié)構(gòu)控制

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)用過(guò)程中，具備很強(qiáng)的非線性系統(tǒng)特性，而且在具體運(yùn)行過(guò)程中，還具備較強(qiáng)的復(fù)雜多變等特點(diǎn)，與此同時(shí)，還會(huì)在運(yùn)行過(guò)程中遇到負(fù)載、風(fēng)向等變化，對(duì)自身運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，在日常工作之中，很難通過(guò)數(shù)學(xué)模型對(duì)機(jī)組控制模式進(jìn)行精確建立。整體來(lái)看，滑變結(jié)構(gòu)控制屬于開(kāi)關(guān)型控制范疇，具備不連續(xù)控制等特點(diǎn)。在具體的系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定過(guò)程中，只能在相應(yīng)的特定空間之中進(jìn)行滑模運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，相應(yīng)速度也得到了提升，對(duì)于系統(tǒng)參數(shù)變化也不會(huì)過(guò)于敏感，魯棒性也會(huì)明顯的展示出來(lái)，提升整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可操作性。也正是由于上述優(yōu)點(diǎn)的存在，可以確保系統(tǒng)能夠在不確定狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，并與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)之中的最大功率限制要求相符，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的全面控制。

2.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的實(shí)施，主要是以生物以及人類相應(yīng)的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和判斷能力為基礎(chǔ)進(jìn)行深入研究，該組織不但自適應(yīng)能力較強(qiáng)，而且還具備一定的自組織性特點(diǎn)，能夠與不確定風(fēng)力進(jìn)行適應(yīng)和捕捉能力，為后續(xù)工作的開(kāi)展提供基礎(chǔ)，確保整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組朝著智能化方向發(fā)展，從這里也可以看出，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制屬于智能控制技術(shù)范疇。站在具體工作角度來(lái)看，風(fēng)速的測(cè)定以及預(yù)測(cè)周期等因素對(duì)風(fēng)速預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性影響十分嚴(yán)重。因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用對(duì)風(fēng)速研究提供了巨大幫助，人們可以根據(jù)具體的時(shí)間序列模型將風(fēng)速變量確定出來(lái)，待到風(fēng)速變量得到采集之后，工作人員便可以通過(guò)回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)。由于該系統(tǒng)具備較強(qiáng)的非線性特點(diǎn)，進(jìn)一步提升了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性，只要做到數(shù)學(xué)模型的精確建立，便能夠在不穩(wěn)定環(huán)境之中實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的高效運(yùn)行。

2.4矢量控制技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，使用矢量控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)風(fēng)能跟蹤的最大化，還能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率以及無(wú)功功率的獨(dú)立解耦調(diào)節(jié)，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行來(lái)說(shuō)，矢量控制技術(shù)的使用有著重要的意義。對(duì)于基于矢量控制技術(shù)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于其具有較強(qiáng)的適用能力以及抗干擾能力，所以能夠在短時(shí)間內(nèi)完成穩(wěn)定性控制?，F(xiàn)階段，矢量控制技術(shù)更多的被應(yīng)用于雙饋型風(fēng)力機(jī)組中，但是該技術(shù)的使用會(huì)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償量的大小進(jìn)行限制。

2.5最優(yōu)控制

在風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中，其發(fā)電機(jī)組的基本組成均處于非線性、干擾較大等特點(diǎn)，而且由于環(huán)境的不確定性，風(fēng)速變量也會(huì)呈現(xiàn)出一定的不規(guī)則特點(diǎn)，從而無(wú)法利用精確的數(shù)學(xué)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)組控制，但人們可以利用最優(yōu)的系統(tǒng)性控制實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最優(yōu)控制。在該項(xiàng)控制技術(shù)實(shí)施過(guò)程中，可以通過(guò)線性化模型設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)周圍工作點(diǎn)的精確把握，提升控制工作的控制效果。而且在該種控制技術(shù)實(shí)施過(guò)程中，可以根據(jù)具體的線性化模型設(shè)計(jì)，對(duì)周圍的工作點(diǎn)進(jìn)行快速尋找，與此同時(shí)，還能通過(guò)大范圍的反饋內(nèi)容，對(duì)偶線性化實(shí)現(xiàn)精確性破解，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力和風(fēng)能的全面性捕捉。另外，針對(duì)于電功率波動(dòng)較小、無(wú)功功率輸出要求等矛盾，聚能在最優(yōu)系統(tǒng)的作用下，將上述問(wèn)題解決，避免由于線路故障而出現(xiàn)較大的電壓波動(dòng)。與此同時(shí)，在最優(yōu)系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，工作人員還能將風(fēng)能變化情況以及自動(dòng)控制進(jìn)行合理掌握，避免在后續(xù)工作之中出現(xiàn)新的問(wèn)題。

2.6數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的分析

在風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中很多數(shù)據(jù)信息的變化都會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行造成一定的影響，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中需要對(duì)工作環(huán)境的溫度、風(fēng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速、電力功率的檢測(cè)、并網(wǎng)電力數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測(cè)等。在風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械能也是非常多，并且導(dǎo)致了葉輪的工作溫度不斷的升高。有可能出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測(cè)模塊主要有發(fā)電機(jī)組的繞組線圈的溫度、控制柜的溫度、機(jī)艙的實(shí)際溫度、三相電壓、電流、電壓等信息，在超出了預(yù)期的設(shè)定值時(shí)我們需要將數(shù)據(jù)信息及時(shí)的上傳到控制系統(tǒng)中，并且及時(shí)的通過(guò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對(duì)一些設(shè)備進(jìn)行有效的調(diào)控，防止安全事故的發(fā)生。

結(jié)語(yǔ)

如今，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)在逐步提升，但是，仍然還有許許多多的問(wèn)題等著被解決。一些風(fēng)力發(fā)電企業(yè)，在不斷探索創(chuàng)新的過(guò)程中，許多的不了，數(shù)據(jù)，代碼等無(wú)法滿足，這就要進(jìn)口大量外國(guó)技術(shù)。不僅在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)方面，還是在制造方面，都要從外國(guó)購(gòu)買很多的所需品。此外，一些重要的零部件，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)還達(dá)不到別的國(guó)家的程度，其規(guī)范性也達(dá)不到要求，我國(guó)的零部件的質(zhì)量還不夠好，壽命也不是很長(zhǎng)。我們發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，就要引進(jìn)外國(guó)先進(jìn)的技術(shù)，汲取外國(guó)先進(jìn)技術(shù)，融入到已有的基礎(chǔ)之上，不斷創(chuàng)新，使其更規(guī)范化，投入大量資金，建立健全相關(guān)政策。

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（作者單位：1.國(guó)電電力寧夏新能源開(kāi)發(fā)有限公司;2.北京國(guó)電電力新能源技術(shù)有限公司;3.北京國(guó)電電力新能源技術(shù)有限公司）