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

高鄧?guó)?楊金貴

【摘?要】近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活質(zhì)量得到了普遍的提高，家用電器和電子設(shè)備在人們的日常生活工作中也成為了必需品，對(duì)于這些電器的工作運(yùn)行，必須要有電力資源作為支撐，電力資源成為了社會(huì)各界正常運(yùn)行的主要保證，為了降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的惡化和資源的浪費(fèi)，很多環(huán)保發(fā)電模式也被普遍的得到了應(yīng)用。本文就對(duì)信息化控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用措施進(jìn)行深入探討。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電;控制系統(tǒng);現(xiàn)代信息化;控制技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是一個(gè)復(fù)雜多變量的非線性系統(tǒng)，它具有自身獨(dú)特的特點(diǎn)，存在不確定性和多干擾的特性，并且有未建?；驔](méi)有準(zhǔn)確建模的動(dòng)態(tài)部分，因此，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的有效控制是較為困難和復(fù)雜的，在現(xiàn)代科技不斷進(jìn)步的發(fā)展進(jìn)程中，可以運(yùn)用各種信息化的智能控制技術(shù)，實(shí)施對(duì)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的控制和應(yīng)用。

1、風(fēng)力發(fā)電概述

1.1風(fēng)力發(fā)電理論

風(fēng)力發(fā)電指的是風(fēng)車(chē)把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后通過(guò)相關(guān)的設(shè)備把機(jī)械能再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程。風(fēng)力發(fā)電首先是風(fēng)車(chē)的葉片被風(fēng)帶動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生機(jī)械能，然后可以通過(guò)增速器提高旋轉(zhuǎn)速度，最后利用相應(yīng)發(fā)電設(shè)備把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

1.2風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)的發(fā)展

我國(guó)地域遼闊、地形多樣，擁有較為豐富的風(fēng)力資源。我國(guó)風(fēng)力發(fā)電具有良好的基礎(chǔ)環(huán)境，我國(guó)風(fēng)力資源數(shù)量多、質(zhì)量好。我國(guó)開(kāi)發(fā)風(fēng)電已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，從探索時(shí)期小規(guī)模、小容量的單機(jī)研究逐漸走向成熟，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電正在步入全面推廣階段，風(fēng)電裝機(jī)容量、風(fēng)電建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，發(fā)展速度不斷加快。

1.3風(fēng)力發(fā)電的意義

第一，風(fēng)力發(fā)電有利于解決我國(guó)能源短缺的問(wèn)題。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展腳步的加快，對(duì)能源的消耗與需求迅速增多，能源短缺現(xiàn)象十分嚴(yán)重，我國(guó)每年都需要進(jìn)口大量的能源。風(fēng)力發(fā)電可以緩解能源短缺的趨勢(shì)。第二，有利于環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)不合理，污染嚴(yán)重，極大破壞了生態(tài)環(huán)境。風(fēng)力發(fā)電不產(chǎn)生污染，有利于實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。第三，應(yīng)用范圍廣。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在山區(qū)、孤島等地區(qū)及軍事、交通、氣象等領(lǐng)域均有極大的利用價(jià)值。

2、風(fēng)力發(fā)電中信息化控制技術(shù)的應(yīng)用

2.1應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

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。可使用時(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。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。

2.2應(yīng)用專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是一種智能推理程序，對(duì)知識(shí)有效處理，事實(shí)上就是結(jié)合當(dāng)前條件對(duì)人類一系列推理現(xiàn)象進(jìn)行模擬，利用一些專業(yè)知識(shí)判斷和推理各大模塊，對(duì)各領(lǐng)域知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)妥善處理，并具有一定的解釋功能。所以在診斷故障產(chǎn)生原因中常常適用。風(fēng)電機(jī)組是由很多部分共同組成的一種系統(tǒng)，不管哪個(gè)環(huán)節(jié)有故障出現(xiàn)，都會(huì)對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)作產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，在診斷風(fēng)電機(jī)組故障中常常應(yīng)用專家系統(tǒng)。在構(gòu)建起風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙故障診斷專家模型后，根據(jù)模糊控制診斷引發(fā)風(fēng)力機(jī)艙故障的原因，進(jìn)一步強(qiáng)化風(fēng)力機(jī)艙故障診斷專家系統(tǒng)運(yùn)作的準(zhǔn)確性和快速性。在分析機(jī)組電流信號(hào)下，并提出一些特征向量，根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建起完善的診斷故障模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障準(zhǔn)確判斷;專家系統(tǒng)可對(duì)風(fēng)電機(jī)振動(dòng)故障及時(shí)診斷。在對(duì)各個(gè)風(fēng)電機(jī)組的區(qū)域轉(zhuǎn)矩控制與變槳控制的前提下，提出了新的一種專家系統(tǒng)，即模糊專家系統(tǒng)，可以對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速有效預(yù)測(cè);專業(yè)系統(tǒng)也在確定海上風(fēng)電場(chǎng)的可用性中應(yīng)用，能夠?qū)Ｉ巷L(fēng)電場(chǎng)維修成本有效控制。專家控制系統(tǒng)結(jié)合傳統(tǒng)控制方法，這是專家控制系統(tǒng)研究的主要方向。因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組就是一種很復(fù)雜系統(tǒng)，引發(fā)機(jī)組振動(dòng)的因素有很多，造成故障的問(wèn)題也很多，并且很有可能同一時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)多種不同情況的故障，在這樣的狀況下必然朝著向其他控制理論互相綜合應(yīng)用的趨勢(shì)發(fā)展，多種控制理論的融合對(duì)于促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的穩(wěn)定健康發(fā)展起到了積極的作用。

2.3最優(yōu)控制智能技術(shù)的應(yīng)用

風(fēng)力發(fā)控制系統(tǒng)在應(yīng)的過(guò)程中容易受到風(fēng)能的影響，運(yùn)行過(guò)程中存在著許多的不確定性，想要建立完善的數(shù)據(jù)模型存在著一定的困難，通過(guò)數(shù)學(xué)模型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的合理控制。但是只通過(guò)數(shù)學(xué)模型中的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，無(wú)法滿足風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用需求。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，無(wú)論是否產(chǎn)生電能都需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的承受能力進(jìn)行掌握，系統(tǒng)中的電流在運(yùn)行期間也會(huì)出現(xiàn)一系列的變化，如何讓系統(tǒng)保持在最優(yōu)的狀態(tài)是目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作比較重視的問(wèn)題。將最優(yōu)控制智能技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中，可以對(duì)系統(tǒng)中的不確定因素和相關(guān)變量時(shí)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的有效捕捉，將其全部應(yīng)用電力能源的產(chǎn)生中，還可以對(duì)電力機(jī)組的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而提升風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的應(yīng)用效率。

2.4微分幾何控制技術(shù)

微分幾何技術(shù)主要是針對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的非線性化變量而提出的解決方案。在這種信息化控技術(shù)中，理論上來(lái)自微分代數(shù)系統(tǒng)模型，通過(guò)對(duì)于引申模型理論的應(yīng)用，反饋出精確的線性化，從而確定干擾的因素。微分幾何控制主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)矩控制和變流技術(shù)中，提出非線性的多輸入和多輸出狀態(tài)反饋解耦控制方案，對(duì)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的雙饋發(fā)電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)速兩個(gè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)完全解耦，并且當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定值時(shí)，要降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速，不能使用過(guò)于復(fù)雜的變槳距機(jī)構(gòu)，要在微分幾何反饋線性變換的條件下，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的非線性模型全局線性化，實(shí)施變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的恒功率控制。由于其有算法負(fù)責(zé)，并且對(duì)于控制的計(jì)算機(jī)要求較高。在實(shí)際的應(yīng)用中還是有一定的限制。

2.5自適應(yīng)控制

在信息化控制技術(shù)中，自適應(yīng)控制系統(tǒng)具有較高的技術(shù)含量。自適應(yīng)控制系統(tǒng)指的是能夠自動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)中的參數(shù)、規(guī)律等進(jìn)行調(diào)整的系統(tǒng)，其運(yùn)行首先需要對(duì)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，然后根據(jù)識(shí)別結(jié)果制定決策，最后對(duì)控制系統(tǒng)做出改變。由于風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的參數(shù)等是隨著風(fēng)力不斷變化的，傳統(tǒng)的控制方法要求較多，控制效果不好。自適應(yīng)控制技術(shù)的應(yīng)用能夠隨外界環(huán)境條件的變化自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，極大提高了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的效果。

3、結(jié)語(yǔ)

從以上分析中可見(jiàn)，人們會(huì)更加清晰地認(rèn)知在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)代控制技術(shù)，進(jìn)而更加完善現(xiàn)代控制技術(shù)，促使風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)能夠給人們提供出更多、更便捷的服務(wù)。但結(jié)合實(shí)際情況來(lái)講，風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)還有更多的使用價(jià)值有待挖掘，應(yīng)對(duì)其使用價(jià)值深入挖掘，進(jìn)而使風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)能夠造福更多的領(lǐng)域。

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（作者單位：國(guó)家電投云南國(guó)際電力投資有限公司新能源事業(yè)部）