基于分級模糊控制風力太陽能混合發電控制系統的研究

霍元杰

摘要：首先對分級模糊控制理論進行概述，隨后對基于分級模糊控制的風光混合發電控制系統進行研究，以期通過相關研究能夠對提高風光混合發電系統的運行穩定性有所幫助。

關鍵詞：模糊控制；風能；太陽能；混合發電

中圖分類號：TM614；TM615文獻標識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）08－0014－02

1分級模糊控制理論概述

模糊控制具有魯棒性好、不依靠精確對象模型等特點，最早由Zadeh在1965年提出，自此之后受到眾多研究學者的認可，并逐步延伸、發展成為一門獨立學科，在生產實際中被廣泛應用。模糊控制的難點具體體現在以下兩個方面：①在被控對象復雜，且輸入、輸出量增多的情況下，控制規則的數量會以指數級的倍數迅猛增長，最終導致組合規則爆炸。②控制效果不僅受控制器性能的直接影響，而且還受模糊規則制訂和隸屬函數選擇的影響。由于模糊規則和隸屬函數選擇需要相關專家憑借多年來的經驗進行判斷，而人對復雜被控對象的認識和選擇往往欠缺準確性、系統性，從而導致控制器難以保證擁有最優的控制性能，進而影響控制效果。為此，許多學者致力于這兩方面的研究。比如，一些學者提出一種最小二乘搜索算法，它是利用線性搜索替代非線性搜索，但是，初始參數的確定過程十分復雜；還有的學者提出將演化計算運用到全模糊優化中，可以利用多目標優化問題替代模糊線性優化問題，等等。其中，G.V.S.Rain，J.Zhou等學者提出的分級模糊控制能夠解決多變量模糊控制器的降維問題，特別是在輸入量之間缺乏耦合性，且對輸出量影響程度不一致時，也能夠有良好的控制效果。因此，本文以分級模糊控制為視角，對風力太陽能混合發電控制系統進行研究。

2風光混合發電控制系統研究

2.1分級模糊控制器的特點

相關研究結果表明，FC（常規模糊控制器）的規則總數與其變量間的關系為指數關系，而HFC（分級模糊控制器）的規則總數與其變量間的關系為線性關系。如果非線性系統中存在多個變量時，通過分級模糊控制可以顯著降低系統的總體運算量，這樣便能夠有效減小控制器規則庫的規模。同時，為了實現規則總數最小化的目標，每一級控制器只需要取兩個輸入變量即可。采用這種方法對非線性系統進行控制，能夠隨意增減變量，無需對規則集中的其他規則進行調整，從而使模糊規則集的構建更加簡單、方便。在通常情況下，可以選擇對整個系統具有最大影響的變量作為首級規則集的系統變量，對系統影響第二大的變量則可作為二級規則集的系統變量，以此類推，利用分級控制器對系統的逐級調整，能夠使系統的總輸出接近性能指標，最終達到平衡。

2.2控制系統設計

風光混合發電是典型的多變量非線性系統，為了實現對其的有效控制，并進一步提高系統運行的穩定性，文中提出了一種基于分級模糊控制器的控制系統，下面就此展開詳細論述。

2.2.1首級控制器

大量的理論和實踐都表明，確保系統穩定、可靠運行的關鍵性因素是直流電壓，為此，選取直流電壓的設定值與系統中實際直流電壓的差作為控制系統首級輸入，而輸出則為直流電壓的等效值Y1，其去模糊后的精確值為［192，216，240］。

2.2.2次級控制器

當首級控制器的輸入和輸出確定后，便可以選取次級控制器的輸入變量，該系統的次級控制器輸入可取首級輸出Y1與負荷PL，該級控制器的輸出為Y2，其模糊語言變量集為［零，小，較小，中，較大，大］，與之相對應的精確值集合為［0，0.1，0.3，0.5，0.7，0.9］。

2.2.3三級控制器

在該系統中，三級控制器的輸入變量可取風能輸出最大功率Pwm和Y2，并將風能輸出的實際利用率Y3作為輸出提供給控制設備，Y3的去模糊精確值集合為［0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0］。

2.2.4四級控制器

在該系統中，四級控制器的輸入變量為太陽能輸入Ppvm，輸出變量為太陽能發電輸出的實際利用率Y4，它的去模糊選擇與Y3基本相同。

2.3控制效果分析

為了進一步驗證該控制系統的實際應用效果，以某風光混合發電機組為研究對象。為了簡化過程，設定風機組為5臺15 kW的風力發電機，太陽電池陣也設定為5組，每組的峰瓦均為3 kW，選取直流部分的緩沖電容組容量100 F，利用太陽能發電控制裝置可以促使太陽電池發電機組的工作處于最大功率狀態，同時，也可利用風能發電控制裝置促使風力發電機組處于最大功率狀態。混合發電控制系統的控制目標必須以確保可再生能源被充分利用為前提，將其直流母線電壓值控制在192～240 V的范圍內，并對直流端電壓的期望工作值進行定義，即電壓值為（216±8）V。

在部分時間內，負載功率有時會大于太陽能和風能輸出的總功率，有時會遠遠小于太陽能和風能輸出的總功率，如果不及時控制此類現象，就會導致電流母線的電壓值出現較大波動，影響混合發電控制系統運行的穩定性。當負載功率小于可再生能源輸出的最大功率時，負載功率所耗費的能源可由可再生能源提供，即負載功率基本相等于可再生能源輸出的實際功率；當負載功率大于可再生能源輸出的最大功率時，可再生能源提供的功率與風力、太陽能提供的最大輸出功率相同，也就是說，實現了可再生能源地充分利用。采用文中提出的分級模糊控制系統，可將混合發電系統直流部分的電壓控制在（216±8）V這一范圍內。由此可見，通過分級模糊控制，可以使混合發電系統達到預期效果。

3結束語

綜上所述，在風力發電機和太陽電池無法滿足負荷要求的情況下，可以轉換為電網和太陽電池提供能源，使風力太陽能混合發電控制系統的直流母線電壓始終保持在195 V。當直流電壓超過240 V時，可以自動切斷太陽能發電裝置和風力發電機的輸出，待電壓恢復到220 V以下時再向供電設備輸出電能。所以，在風力太陽能混合發電控制系統中運用分級模糊控制，能夠逐步接近目標函數，取得良好的控制效果。

參考文獻

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［3］李沖.儲能技術在獨立風光互補發電系統中的應用及展望［J］.南京工程學院學報，2011（12）.

［4］邢作霞.現代控制技術在風力發電控制系統中的應用［J］.華北電力技術，2011（7）.

〔編輯：白潔〕

Based on the Hybrid Power Control System of Solar Wind Hierarchical Fuzzy Control

Huo Yuanjie

Abstract: First, an overview of hierarchical fuzzy control theory, and then mixed hierarchical fuzzy control based scenery generation control systems research, with a view to enhance the beauty of hybrid power system operation stability of help through research.

Key words: fuzzy control; wind; solar; hybrid power

（上接第11頁）

3.3考慮空間因素

廚具的安裝要充分考慮空間和美觀這兩方面。燃氣燒烤爐作為后廚使用過程中較為重要的裝置設備，它的使用不僅僅需要保障燒烤過程的安全性和便捷性，也要對燒烤爐在后廚空間的配合方式進行設計。一般來說，這種燒烤爐油煙較大，安裝在后廚或室內通風口較好，這樣能夠將油煙在瞬間排出。當然，燒烤爐的空間設計也要與其他后廚設備進行比對，在充分利用后廚空間的同時，也要保證后廚環境的美觀。

3.4信息化原則

燒烤信息化原則不僅僅體現在消費者使用過程中的信息化，也體現在后廚燒烤爐設計的信息化。智能化發展迅速的今天，網絡幾乎運用于生產、生活的各個方面。如果在前廳消費的過程中能夠隨時了解后廚燒烤的進度和燒烤的菜肴種類，對于消費者而言，可以減少就餐過程中的等待時間；對于餐廳本身來說，則減少消費者在就餐時時間上的浪費。假如前廳與后廚可以進行實時交流，那么就可以通過信息化的點菜工具直接點菜，同時，后廚也可以根據消費者食用狀況控制燒烤速度。

4結束語

隨著現代化進程的加快，人們對廚具的使用越來越重視。燒烤作為休閑生活方式的一種，成為城市消費的主流。在食用美味佳肴的同時，人們對廚具本身安全、便捷、環保等性能的要求逐漸提高。這就要求在后廚或室內設計過程中，根據現場實際情況進行測量和數據分析，在充分利用空間的同時，追求美觀。由于學科上的限制，以上僅對燃氣燒烤爐設計要素中常見的問題進行簡單分析，至于設計成本和運營等問題，應根據實際情況進一步完善和驗證。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕

After a Kitchen Gas Stove Design Elements Analysis

Han Fangwen

Abstract: Traditional barbecue tools mainly carbon oven, prices are relatively low, but the soot pollution to the environment. At the same time, due to the limitation of technical conditions, foods tend to be burned. In addition, carbon oven barbecue process will produce some carcinogens. These objective conditions led to barbecue consumers eager to seek a more healthy, more convenient, safer way of barbecue. The following is a new kind of design elements of a kitchen burning gas oven after analysis.

Key words: catering enterprises; carbon oven; gas stove; barbecue informatization

（上接第12頁）

Measures to Improve the Accuracy of Measurement of Electricity

Zhong Weifeng

Abstract: In the new situation, Chinas constantly in-depth reform of the power grid, and the introduction of intelligent electricity metering device to the power system, to improve the accuracy of the power measurement. However, there is currently a work in electricity metering certain problems affecting the accuracy of the power measurement, therefore, must be analyzed for electricity metering work problems and propose effective measures.

Key words: electricity metering; cable; smart meters; grid

（上接第13頁）

Explore the Technical and Maintenance of Transmission Lines Lightning Protection Measures

Guo Zhigang

Abstract: Electric power resource of social progress and development plays a great role in promoting. China's vast, transmission lines is very complex, many factors have an impact on electricity transmission lines, and lightning is the key to safe power transmission line impact. Combining study and work experience, technology and transmission lines lightning maintenance measures were analyzed, and made superficial recommendations.

Key words: transmission line; mine technology; lightning protection measures; maintenance