風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)的研究

趙建輝

摘 要：在供電領(lǐng)域中，風(fēng)能發(fā)電是一項(xiàng)較為穩(wěn)定的技術(shù)，對(duì)于供電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。基于此，本文分析了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類，重點(diǎn)闡述了H∞魯棒控制技術(shù)、滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)、矢量控制技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)這些風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；控制技術(shù)；智能技術(shù)

一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類

在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類中，主要依照了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自身特性進(jìn)行。依照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的適用地域，能夠?qū)⑵浞譃楹Ｉ巷L(fēng)力發(fā)電以及陸上風(fēng)力發(fā)電兩種類型。在近幾年的發(fā)展中，海上風(fēng)力發(fā)電是較為流行且發(fā)展速度較快的一種風(fēng)力發(fā)電形式。這意味著，海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是目前風(fēng)能發(fā)電及其發(fā)電機(jī)組的主要發(fā)展趨勢(shì)。

依照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容量大小，可以將其分為中性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以及大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。在近幾年的發(fā)展中，由于在海上風(fēng)力發(fā)電中普遍使用了大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，且發(fā)電效果較好，所以成為了現(xiàn)階段相關(guān)人員研究的重點(diǎn)機(jī)型。

依照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型，可以將其分為雙饋型風(fēng)力機(jī)組以及直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。其中，雙饋型風(fēng)力機(jī)組使用了齒輪增速箱；而直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用了同步發(fā)電機(jī)。

二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)的分析

（一）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。[1]在具體的使用中，通過對(duì)個(gè)別性能指標(biāo)相應(yīng)的無(wú)窮范數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，能夠?qū)哂恤敯粜阅艿目刂破鬟M(jìn)行獲取。H∞魯棒控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)多變量問題的處理與解決，并在相對(duì)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，完成了對(duì)在建模初期存在著的誤差進(jìn)行解決。在風(fēng)能激勵(lì)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(shí)，通過H∞魯棒控制技術(shù)的使用，能夠確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組依照前期設(shè)定的軌跡進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)行。可以說，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說，H∞魯棒控制技術(shù)是一項(xiàng)必不可少的基礎(chǔ)技術(shù)。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jìn)行快速的跟蹤，保證并提升了對(duì)風(fēng)能的捕獲率以及利用率。

（二）滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是一種非線性的系統(tǒng)，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，有著復(fù)雜且多變的特性。當(dāng)在實(shí)際運(yùn)行的過程中，發(fā)生了風(fēng)向變化、風(fēng)力改變或是負(fù)載的情況時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行就會(huì)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(duì)這一問題的控制。對(duì)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(shí)際的使用中，通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(yùn)動(dòng)被限制在特定的空間內(nèi)。由于其在實(shí)際的操作中較為簡(jiǎn)單、且反應(yīng)的速度較快等優(yōu)勢(shì)，被廣泛的應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中。

（三）矢量控制技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，使用矢量控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)風(fēng)能跟蹤的最大化，還能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率以及無(wú)功功率的獨(dú)立解耦調(diào)節(jié)，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行來說，矢量控制技術(shù)的使用有著重要的意義。對(duì)于基于矢量控制技術(shù)的系統(tǒng)來說，由于其具有較強(qiáng)的適用能力以及抗干擾能力，所以能夠在短時(shí)間內(nèi)完成穩(wěn)定性控制。現(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(jī)組中，但是該技術(shù)的使用會(huì)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償量的大小進(jìn)行限制。

（四）最優(yōu)控制技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行中，由于其普遍處于干擾較大、風(fēng)速頻繁變化的非線性環(huán)境中，所以無(wú)法使用數(shù)學(xué)控制的方式完成對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制。基于這樣的情況，相關(guān)工作人員使用了最優(yōu)控制技術(shù)完成了對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制。[2]在最優(yōu)控制技術(shù)中，利用線性化模型的設(shè)計(jì)以及工作點(diǎn)的尋找，結(jié)合大范圍的反饋完成的精確解耦線性化，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)風(fēng)力以及風(fēng)能的最大程度的控制與捕捉。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中存在的輸出矛盾，基于最優(yōu)控制技術(shù)的系統(tǒng)能夠更好的處理與解決，同時(shí)，基于最優(yōu)控制技術(shù)的系統(tǒng)能夠?qū)τ捎诰€路故障造成的電壓擾動(dòng)進(jìn)行抑制。

（五）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是現(xiàn)代智能技術(shù)中較為重要的一種技術(shù)，也是在多種控制系統(tǒng)中普遍使用的一種技術(shù)。對(duì)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來說，能夠通過對(duì)人們學(xué)習(xí)、決策等行為的模擬，實(shí)現(xiàn)了對(duì)相應(yīng)系統(tǒng)的擬人控制。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說，通過使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，能夠?qū)Νh(huán)境中不斷變化的風(fēng)能進(jìn)行準(zhǔn)確的捕捉，促進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向著智能化控制的方向發(fā)展。通過在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，能有實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)速的合理預(yù)測(cè)，提升了風(fēng)力發(fā)電機(jī)在不穩(wěn)定環(huán)境中運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（六）模糊控制技術(shù)

模糊控制技術(shù)以模糊推理及語(yǔ)言規(guī)則作為基礎(chǔ)，能夠避免受到非線性因素的影響。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中使用模糊控制技術(shù)，能夠顯著的提升風(fēng)能的使用率，同時(shí)，還能夠跟蹤最大功率。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說，模糊控制技術(shù)的使用推動(dòng)了其向著智能化控制的方向發(fā)展，優(yōu)化了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制效果。例如，在變槳距并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，通過模糊控制技術(shù)的使用，能有對(duì)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，并對(duì)抖振現(xiàn)象進(jìn)行了降低，提升了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率。

三、總結(jié)

綜上所述，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)對(duì)于風(fēng)力發(fā)電組的運(yùn)行穩(wěn)定性有著重要的意義。通過使用H∞魯棒控制技術(shù)、滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)、矢量控制技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)，提升了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率以及運(yùn)行穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)力以及風(fēng)能的最大程度的控制與捕捉，推動(dòng)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向著智能化控制的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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