風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法改進(jìn)策略分析

高志宇

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?，世界各?guó)也開始提升對(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；滑模變結(jié)構(gòu)；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法的分類

1.1 基于失速型的分離發(fā)電機(jī)組

該種發(fā)電機(jī)組在使用種類方面的數(shù)量較少，常見(jiàn)的有兩種類型，一種是定槳距失速型，另一種是變槳距失速型。在這兩種類型應(yīng)用過(guò)程中，定槳距失速型主要是將風(fēng)輪葉片中的失速作用展示出來(lái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)力較大的狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)功率的準(zhǔn)確控制，之后利用該機(jī)型之中的葉尖擾流器，對(duì)極端狀態(tài)下的停機(jī)問(wèn)題進(jìn)行有效修復(fù)。站在變槳距失速型發(fā)電機(jī)組應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，與定槳距失速型存在很大的差異性，該種發(fā)電機(jī)組主要是利用低風(fēng)速下的槳距角實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出功率的全面控制，通過(guò)葉片槳距角的改變來(lái)提升對(duì)功率輸出的控制力度。

1.2 雙饋?zhàn)兯俸泐l型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

該種類型的發(fā)電機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片槳距角的全面調(diào)節(jié)，還可以利用具備變速功能的雙饋性發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)恒頻恒壓狀態(tài)下的電能輸出。如果整個(gè)風(fēng)速比額定風(fēng)速還要低，則該種類型的發(fā)電機(jī)組便可以通過(guò)葉片槳距角以及轉(zhuǎn)速變化，將發(fā)電機(jī)組的整個(gè)運(yùn)行狀態(tài)改善，確保輸出始終保持在最大狀態(tài)。如果風(fēng)速超過(guò)了額定速率，人們可以通過(guò)葉片槳距角的改變，將發(fā)電機(jī)組的功率控制在額定功率范圍之內(nèi)，這樣一來(lái)，整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將會(huì)得到有效控制。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法的改進(jìn)策略

2.1 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。

2.2 矢量控制

在矢量控制作用下，人們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的有效跟蹤和利用，與此同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率和有功功率的獨(dú)立耦合和調(diào)節(jié)。整體來(lái)看，該項(xiàng)控制系統(tǒng)具備較強(qiáng)的抗干擾能力和適應(yīng)能力，能夠在很短時(shí)間內(nèi)形成穩(wěn)定控制過(guò)程。另外，雙饋電機(jī)相應(yīng)控制系統(tǒng)在矢量控制中的應(yīng)用十分普遍，但由于轉(zhuǎn)子電流勵(lì)磁分量會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組自身穩(wěn)定性產(chǎn)生巨大影響，導(dǎo)致整個(gè)無(wú)功補(bǔ)償量的大小會(huì)受到一定的限制。除此之外，在具體矢量控制過(guò)程中，還需要將具體的非線性以及干擾較大的因素排除，利用精確的數(shù)學(xué)控制來(lái)完善機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程，利用最優(yōu)系統(tǒng)控制，保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最優(yōu)化運(yùn)行。

2.3 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。

2.4 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。

3 總結(jié)

綜上所述，傳統(tǒng)能源在應(yīng)用上具有不可再生等特點(diǎn)，無(wú)法保證人類的可持續(xù)發(fā)展。因此，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的作用，人們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能這種可再生清潔能源的高效利用，避免為后續(xù)發(fā)展帶來(lái)更大壓力。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能，并在各種現(xiàn)代技術(shù)的配合下，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的高效控制，最終提升風(fēng)能的利用率。

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