風(fēng)力發(fā)電機組控制技術(shù)的研究

索杰

摘要：隨著社會的發(fā)展，社會各界對電能供應(yīng)的需求不斷增加，推動著供電領(lǐng)域的快速發(fā)展。風(fēng)力作為一種重要的可再生清潔能源，利用風(fēng)能實現(xiàn)發(fā)電，對供電行業(yè)與社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。風(fēng)力發(fā)電機組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能的重要系統(tǒng)，而在風(fēng)力發(fā)電機組當(dāng)中，控制系統(tǒng)屬于關(guān)鍵的組成部分，需要加強關(guān)注，采取科學(xué)的控制技術(shù)合理控制風(fēng)力發(fā)電機組，能夠促使該機組發(fā)揮其最大功效，推進風(fēng)能至電能的可靠轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;機組;控制技術(shù)

1 風(fēng)能的開發(fā)和利用

以往人們通過犧牲能源換取經(jīng)濟發(fā)展，近年來，隨著社會的快速進步能源耗竭的問題日益突出，環(huán)境污染問題也日漸嚴(yán)重。為了維持人類生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，需要加強關(guān)注并切實解決環(huán)境問題和能源問題。煤炭、石油等常規(guī)能源由于其不可再生的性質(zhì)和污染環(huán)境的特點，需要盡量節(jié)約和減少使用，積極開發(fā)并利用風(fēng)能等可再生清潔能源，這不僅有利于保護生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，還有利于推進社會經(jīng)濟的發(fā)展。

我國擁有豐富的風(fēng)力資源，相比常規(guī)的能源發(fā)電，利用風(fēng)力發(fā)電能夠大大降低生產(chǎn)成本，并保護生態(tài)環(huán)境。風(fēng)力發(fā)電機組是對風(fēng)能實現(xiàn)利用的重要系統(tǒng)，在科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展過程中，該系統(tǒng)的控制技術(shù)也得到了全面進步，并更趨向于高可靠性、智能化以及輕盈化的方向發(fā)展。對于風(fēng)力發(fā)電，不僅投資靈活，占地面積小，并且施工周期相對較短，經(jīng)濟效益和社會效益得到雙發(fā)展。國家對風(fēng)力開發(fā)企業(yè)也給予了重要的政策支持，近年來，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，進一步推進了對風(fēng)能的有效開發(fā)和利用，也促使風(fēng)力發(fā)電機組的控制技術(shù)不斷進步。

2 風(fēng)力發(fā)電機組控制技術(shù)的分析

2.1.H∞魯棒控制技術(shù)

H∞魯棒控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)為Hardy空間。在具體的使用中，通過刊個別性能指標(biāo)相應(yīng)的無窮范數(shù)進行優(yōu)化，能夠?qū)哂恤敯粜阅艿目刂破鬟M行獲取。H∞魯棒控制技術(shù)實現(xiàn)了對多變量問題的處理與解決，并在相對嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，完成了對在建模初期存在著的誤差進行解決。在風(fēng)能激勵過程中，H∞范數(shù)為最小，控制系統(tǒng)輸出處于最穩(wěn)定的狀態(tài)。同時，通過H∞魯棒控制技術(shù)的使用，能夠確保風(fēng)力發(fā)電機組依照前期設(shè)定的軌跡進行穩(wěn)定的運行?？梢哉f，對于風(fēng)力發(fā)電機組來說，H∞魯棒控制技術(shù)是一項必不可少的基礎(chǔ)技術(shù)。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組處于風(fēng)速、風(fēng)向均不穩(wěn)定并且變化較為頻繁的條件下，H∞魯棒控制技術(shù)的使用能夠?qū)崿F(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機組中變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的更好控制，使得該系統(tǒng)能夠?qū)︼L(fēng)能進行快速的跟蹤，保證并提升了對風(fēng)能的捕獲率以及利用率。

2.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)

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

2.3 矢量控制技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電機組中，使用矢量控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對風(fēng)能跟蹤的最大化，還能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率以及無功功率的獨立解耦調(diào)節(jié)，對于風(fēng)力發(fā)電機組的運行來說，矢量控制技術(shù)的使用有著重要的意義。對于基于矢量控制技術(shù)的系統(tǒng)來說，由于其具有較強的適用能力以及抗干擾能力，所以能夠在短時間內(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)力機組中，但是該技術(shù)的使用會對無功補償量的大小進行限制。

2.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論主要是以生物以及人類相應(yīng)的學(xué)習(xí)功能、判斷功能以及適用功能等為基礎(chǔ)進行研究的理論，該理論的自組織性和自適應(yīng)性都比較強，能夠?qū)ψ兓瘒?yán)重的不確定風(fēng)力進行良好的適應(yīng)和準(zhǔn)確捕捉，能有效推進風(fēng)力發(fā)電機組向高智能化方向發(fā)展，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是智能控制技術(shù)中的一種重要技術(shù)。風(fēng)速特定、預(yù)測地點以及預(yù)測周期都直接影響風(fēng)速預(yù)測的準(zhǔn)確性，基于此，可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對風(fēng)速進行合理預(yù)測，也就是通過時間序列模型實現(xiàn)風(fēng)速輸入變量的確定，在對風(fēng)速變量進行采集之后，可以通過回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)有效預(yù)測。針對非線性系統(tǒng)，非常適合使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并且在利用過程中不需要進行數(shù)學(xué)模型的精確建立，只需要利用其強大的控制能力和自適應(yīng)力，即可轉(zhuǎn)化電能質(zhì)量，該系統(tǒng)能夠在風(fēng)向與風(fēng)速具有較大不穩(wěn)定性和不確定性的環(huán)境當(dāng)中實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的運行。

2.5 模糊控制

在多種智能控制方法當(dāng)中，模糊控制屬于典型的智能控制法，該方法以模糊推理和語言規(guī)則為基礎(chǔ)，是一種高級控制策略，非線性因素不會對其產(chǎn)生直接影響，魯棒性較強。對風(fēng)力發(fā)電機組進行模糊控制，有利于促使風(fēng)能利用率的大大提高，并跟蹤最大功率，還具有變速恒頻的特點。模糊控制理論由于自身優(yōu)越的特點突出，并在發(fā)展當(dāng)中有效結(jié)合了仿人智能技術(shù)、人工智能技術(shù)以及神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，全面推動了風(fēng)力發(fā)電機組控制技術(shù)的飛速發(fā)展。比如將模糊控制技術(shù)應(yīng)用到變槳距并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組當(dāng)中，能夠有效對控制系統(tǒng)相應(yīng)的動態(tài)特性實現(xiàn)全面改善，同時還對調(diào)節(jié)葉尖速比、風(fēng)輪槳距角以及風(fēng)力機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)有效控制，促使風(fēng)力發(fā)電機組實現(xiàn)恒定頻率和恒功率輸出，相比PID控制器，模糊控制對抖振實現(xiàn)了有效控制，不僅減少抖振，還將促使系統(tǒng)的質(zhì)量和運行效率更高。

2.6 現(xiàn)代控制方法

現(xiàn)代控制方法有更多，比如魯棒控制，它可以解決多變量問題，使誤差減小，變得更準(zhǔn)確。而變結(jié)構(gòu)控制可以很快回應(yīng)，步驟簡化，能更好地實施。這就使得它普遍被使用的原因。還有模糊控制，是智能地控制，它不需要數(shù)學(xué)模型就可以排除干擾。解決了數(shù)學(xué)模型不容易得到的問題，這種控制方法也被學(xué)者注意起來。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是利用工程技術(shù)去模仿人的腦神經(jīng)元的特點和構(gòu)成的一種系統(tǒng)，人們用人腦神經(jīng)元建立各種各樣的擴展結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)，從而建立一個生物網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)的仿真版，為控制風(fēng)力機在風(fēng)速較低時的距離，可以采用網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)的學(xué)習(xí)特點。

結(jié)論

如今，我國的風(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)新的過程中，許多的不了，數(shù)據(jù)，代碼等無法滿足，這就要進口大量外國技術(shù)。不僅在風(fēng)力發(fā)電機的控制系統(tǒng)方面，還是在制造方面，都要從外國購買很多的所需品。此外，一些重要的零部件，我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)還達不到別的國家的程度，其規(guī)范性也達不到要求，我國的零部件的質(zhì)量還不夠好，壽命也不是很長。我們發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，就要引進外國先進的技術(shù)，汲取外國先進技術(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。

參考文獻

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