郝雅楠

（中廣核風(fēng)電有限公司內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特　010010）

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

郝雅楠

（中廣核風(fēng)電有限公司內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特010010）

在現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展進(jìn)程中，風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)不斷豐富，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型也日益擴(kuò)展，尤其是電子功率變換技術(shù)的出現(xiàn)，極大地推動(dòng)了風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)，使之成為了具有一定優(yōu)勢(shì)的技術(shù)，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)之中，可以采用現(xiàn)代信息化控制技術(shù)，如：專家系統(tǒng)、自適應(yīng)控制、模型預(yù)測(cè)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，進(jìn)行綜合性的智能控制和應(yīng)用，是風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)安全有效運(yùn)行的關(guān)鍵，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，具有良好的控制應(yīng)用效果。

信息化；控制技術(shù)；風(fēng)力發(fā)電

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]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　專家系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的智能化應(yīng)用

專家系統(tǒng)是一種對(duì)知識(shí)進(jìn)行有效處理的智能推理程序，它是基于符號(hào)系統(tǒng)之下的推理系統(tǒng)，有極為強(qiáng)大的解釋功能，對(duì)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的各種模式進(jìn)行判定和推理，適用于對(duì)系統(tǒng)故障原因的診斷和判定。

風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的風(fēng)電機(jī)組由多個(gè)部分組成，包括：風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架、驅(qū)動(dòng)鏈、偏航裝置等，專家系統(tǒng)控制技術(shù)可以應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障診斷，在建構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的專家故障系統(tǒng)模型的前提下，與模糊控制技術(shù)進(jìn)行整合運(yùn)用，準(zhǔn)確而快速地判定出風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的故障原因，并在對(duì)機(jī)組電流信號(hào)進(jìn)行分析的前提下，對(duì)其特征向量進(jìn)行信息提取，基于機(jī)組電流信號(hào)進(jìn)行故障診斷。

2　微分幾何控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的運(yùn)用

這種信息化控制技術(shù)的內(nèi)核在于反饋精確線性化，在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的大范圍風(fēng)速擾動(dòng)的非線性系統(tǒng)中，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。這種技術(shù)的算法較為復(fù)雜，對(duì)于計(jì)算機(jī)的功能要求較高，還有一定的實(shí)踐應(yīng)用限制性。

3　自適應(yīng)控制信息化技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

自適應(yīng)控制智能信息化技術(shù)要關(guān)注過程參數(shù)的變化狀態(tài)，它需要對(duì)過程參數(shù)的變化進(jìn)行感知，并實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)控制器的參數(shù)，在建構(gòu)有效系統(tǒng)模型的條件下，實(shí)施對(duì)系統(tǒng)的有效控制，這種系統(tǒng)模型建構(gòu)較為復(fù)雜，要設(shè)計(jì)一個(gè)高性能的電動(dòng)變槳距自適應(yīng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)良好的追蹤。

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，DFIM無速度傳感器矢量控制技術(shù)成為了焦點(diǎn)，它可以在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前后的無速度傳感器控制，在這個(gè)技術(shù)之下，可以良好地追蹤給定的速度曲線，在良好的動(dòng)態(tài)特性前提下，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大化安全利用和運(yùn)行，它的追蹤控制策略主要在于對(duì)風(fēng)速的預(yù)測(cè)，在權(quán)衡最大風(fēng)能捕獲和機(jī)械疲勞造成的損耗最小兩個(gè)指標(biāo)下，由自適應(yīng)控制器組成自校正調(diào)節(jié)器，實(shí)施對(duì)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)，并進(jìn)行補(bǔ)償控制。

4　最優(yōu)控制智能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的隨機(jī)擾動(dòng)較大，不確定的因素較多，因而，可以采用最優(yōu)控制技術(shù)，用優(yōu)化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)精確解耦線性化，采用線性最優(yōu)控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能的捕獲。

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中，其轉(zhuǎn)子電流變化劇烈，這與電功率波動(dòng)小的需求相矛盾，為了對(duì)這個(gè)矛盾進(jìn)行折衷處理，可以采用最優(yōu)控制技術(shù)的方式，設(shè)計(jì)最優(yōu)功率輸出調(diào)節(jié)器，抑制大功率負(fù)載投切引起的母線電壓擾動(dòng)，通過控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的追蹤風(fēng)速變化，保持最優(yōu)葉尖速比，從而實(shí)現(xiàn)額定風(fēng)速之下風(fēng)能的最大捕獲。

5　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)又稱為非線性映射，它具有自適應(yīng)性和自組織性，有極強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)能力，可以利用時(shí)間序列對(duì)短期的風(fēng)速實(shí)施預(yù)測(cè)，通過選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量，在多層反向傳播BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)速序列的預(yù)測(cè)。這種智能化技術(shù)和策略可以減少功率的波動(dòng)，預(yù)測(cè)出風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量，即使是在不確定性系統(tǒng)中也能進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)行。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能技術(shù)還可以與模糊邏輯技術(shù)相結(jié)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(fēng)速的隨機(jī)性和不確定性，風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)也具有復(fù)雜、強(qiáng)非線性的特征，傳統(tǒng)的控制方法無法達(dá)到最佳的控制效果。而如果采用智能化信息控制技術(shù)，則可以實(shí)施良好的控制，捕獲最大的風(fēng)能，并且在未來的趨勢(shì)中，還要利用控制減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的載荷，延長(zhǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的壽命，引領(lǐng)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)向縱深發(fā)展。

［1］張鳳閣，金石.無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的L2魯棒控制［J］.電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2010，（8）

［2］宋華振.貝加萊的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)［J］.自動(dòng)化博覽，2010，（9）.

［3］張樹彬，林彥明.自發(fā)電控制在中小型水電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2011，（7）.

［4］柳偉，顧偉，孫蓉，等.DFIG-SMES互補(bǔ)系統(tǒng)一次調(diào)頻控制［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，（9）.

［5］趙國(guó)材，周前程.風(fēng)能變換系統(tǒng)在電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)中的應(yīng)用仿真［J］.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2012，（6）.

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(nèi)蒙古呼和浩特人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向：風(fēng)力發(fā)電方向。