信息化控制技術在風力發電控制系統中的運用

郝雅楠

（中廣核風電有限公司內蒙古分公司，內蒙古 呼和浩特　010010）

信息化控制技術在風力發電控制系統中的運用

郝雅楠

（中廣核風電有限公司內蒙古分公司，內蒙古 呼和浩特010010）

在現代風力發電技術的迅速發展進程中，風力發電控制系統不斷豐富，風力發電機組的類型也日益擴展，尤其是電子功率變換技術的出現，極大地推動了風力發電控制系統，使之成為了具有一定優勢的技術，在風力發電系統的控制結構之中，可以采用現代信息化控制技術，如：專家系統、自適應控制、模型預測控制、人工神經網絡控制等，進行綜合性的智能控制和應用，是風力發電控制系統安全有效運行的關鍵，是當前研究的熱點，具有良好的控制應用效果。

信息化；控制技術；風力發電

風力發電機組是一個復雜多變量的非線性系統，它具有自身獨特的特點，存在不確定性和多干擾的特性，并且有未建模或沒有準確建模的動態部分，因此，對風力發電機組系統的有效控制是較為困難和復雜的，在現代科技不斷進步的發展進程中，可以運用各種信息化的智能控制技術，實施對風力發電控制系統的控制和應用。

1　專家系統在風力發電控制系統中的智能化應用

專家系統是一種對知識進行有效處理的智能推理程序，它是基于符號系統之下的推理系統，有極為強大的解釋功能，對風力發電控制系統中的各種模式進行判定和推理，適用于對系統故障原因的診斷和判定。

風力發電控制系統中的風電機組由多個部分組成，包括：風輪、機艙、塔架、驅動鏈、偏航裝置等，專家系統控制技術可以應用于風力發電機組的故障診斷，在建構風力發電機組的專家故障系統模型的前提下，與模糊控制技術進行整合運用，準確而快速地判定出風力發電控制系統的故障原因，并在對機組電流信號進行分析的前提下，對其特征向量進行信息提取，基于機組電流信號進行故障診斷。

2　微分幾何控制技術在風力發電系統中的運用

這種信息化控制技術的內核在于反饋精確線性化，在風力發電控制系統的大范圍風速擾動的非線性系統中，微分幾何控制主要應用于轉矩控制和變流技術中，提出非線性的多輸入和多輸出狀態反饋解耦控制方案，對風力發電控制系統中的雙饋發電機的磁鏈和轉速兩個子系統，實現動態完全解耦，并且當風速超過額定值時，要降低風力發電機組的轉速，不能使用過于復雜的變槳距機構，要在微分幾何反饋線性變換的條件下，實現風力發電機的非線性模型全局線性化，實施變速風力發電機組的恒功率控制。這種技術的算法較為復雜，對于計算機的功能要求較高，還有一定的實踐應用限制性。

3　自適應控制信息化技術在風力發電系統中的應用

自適應控制智能信息化技術要關注過程參數的變化狀態，它需要對過程參數的變化進行感知，并實時地調節控制器的參數，在建構有效系統模型的條件下，實施對系統的有效控制，這種系統模型建構較為復雜，要設計一個高性能的電動變槳距自適應控制系統，實現良好的追蹤。

隨著科技的進步和發展，DFIM無速度傳感器矢量控制技術成為了焦點，它可以在風力發電控制系統中，實現雙饋風力發電機并網前后的無速度傳感器控制，在這個技術之下，可以良好地追蹤給定的速度曲線，在良好的動態特性前提下，實現風能的最大化安全利用和運行，它的追蹤控制策略主要在于對風速的預測，在權衡最大風能捕獲和機械疲勞造成的損耗最小兩個指標下，由自適應控制器組成自校正調節器，實施對風力發電控制系統的運行狀態預測，并進行補償控制。

4　最優控制智能技術在風力發電控制系統中的應用

由于風力發電控制系統中的隨機擾動較大，不確定的因素較多，因而，可以采用最優控制技術，用優化系統的數學模型，實現有效的控制，它不同于局部線性化的方法，可以最大程度地實現精確解耦線性化，采用線性最優控制，實現最大風能的捕獲。

由于風力發電機在運行過程中，其轉子電流變化劇烈，這與電功率波動小的需求相矛盾，為了對這個矛盾進行折衷處理，可以采用最優控制技術的方式，設計最優功率輸出調節器，抑制大功率負載投切引起的母線電壓擾動，通過控制風力發電機轉子轉速的追蹤風速變化，保持最優葉尖速比，從而實現額定風速之下風能的最大捕獲。

5　人工神經網絡技術在風力發電控制系統中的應用

人工神經網絡又稱為非線性映射，它具有自適應性和自組織性，有極強的魯棒性和容錯能力，可以利用時間序列對短期的風速實施預測，通過選擇神經網絡的輸入變量，在多層反向傳播BP神經網絡和廣義回歸神經網絡的運用下，實現對風速序列的預測。這種智能化技術和策略可以減少功率的波動，預測出風電場的發電量，即使是在不確定性系統中也能進行穩定的運行。人工神經網絡智能技術還可以與模糊邏輯技術相結合，用于載荷頻率控制，從而獲得較好的控制效果。

總而言之，由于風速的隨機性和不確定性，風力發電控制系統也具有復雜、強非線性的特征，傳統的控制方法無法達到最佳的控制效果。而如果采用智能化信息控制技術，則可以實施良好的控制，捕獲最大的風能，并且在未來的趨勢中，還要利用控制減小風力發電機組的載荷，延長風力發電機組的壽命，引領風力發電控制系統向縱深發展。

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［3］張樹彬，林彥明.自發電控制在中小型水電廠自動控制系統中的應用［J］.應用能源技術，2011，（7）.

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Application of Information Control Technology in Control System of W ind Power

HAO Ya-nan

（Inner Mongolia Branch of CGNPC Wind Power Co.，LTD.，Hohhot，Inner Mongolia 010010，China）

In the process of the rapid development of modern wind power technology，the wind power control system is becoming rich and the type of wind turbine is increasingly expanded，especially the emergence of electronic power conversion technology has greatly promoted the wind power control system，making it an advantageous technology in the control structure of wind power system.Modern information control technology can be used in control structure of wind power supply system，such as：expert system model，adaptive control，predictive control，artificial neural network control and so on，which are comprehensive；y intelligent controlled and applied，which is the key to safe and effective operation of wind power control system and a hotspot at present with good control effect.

information technology；control technology；wind power generation

TM614

A

2095-980X（2016）09-0025-02

2016-08-08

郝雅楠（1985-），女，內蒙古呼和浩特人，大學本科，工程師，主要研究方向：風力發電方向。