現代控制技術在風力發電控制系統中的應用研究

晏勤++宋冬然

摘 要 社會在高速發展，能源問題日益突出，風力發電作為一種新型環保能源受到廣泛關注和大力提倡，而風力發電控制系統是風力發電的一個重要環節和關鍵技術，將現代控制技術應用到該系統中是大勢所趨，也是必然。

【關鍵詞】現代控制技術 風力發電控制系統 應用

技術是社會發展的基礎，為人類生活服務。現代控制技術是一項重要的技術，該技術在風力發電控制系統中得到了廣泛的應用，并發揮出了自身獨特的優勢，貢獻出了一定的力量，風力發電控制系統已經離不開現代控制技術。基于此，文章主要研究現代控制技術在風力發電控制系統中的應用。

1 數學知識中的微分幾何控制技術在風力發電控制系統中的應用

微分幾何是一項重要的數學學習內容，該內容在實際生活中有廣泛的應用，將其應用到控制技術中就是一個很明顯的例子，因為微分幾何本質上是表示一種線性關系，所以微分幾何控制技術的主要目的就是反映出正確的線性化控制情況，這一技術的工作原理是：它通過一種同胚映射對仿射型非線性系統，對該系統做出一定的處理，從而讓非線性問題變成線性問題，以此向微分幾何控制技術靠近轉化，讓這一技術得到切實可行的應用。風力發電控制系統從本質而言就是一個非線性關系的系統，因為它在運行過程中會受到大面積且無規律的風速影響，這一控制系統許多種技術參與組成，例如系統中的轉矩控制和電力非直流技術采用的就是微分幾何控制技術。微分幾何控制技術使用在風力發電控制系統中的時候，首先需要解決的就是風力發電控制系統中的非線性關系問題，接著就是對雙饋發電機提出行之有效的操作方法，通過反復研究得出最終的操作方法是對輸入和輸出命令做出多次反饋解耦，最后一步需要做的就是把非線性坐標轉換和非線性情況反映等多種手段充分融合運用起來，通過這些步驟就可以有效實現雙饋發電機磁鏈的活動狀態解耦，實現了這些目標就可以使風力發電控制系統根據最高的效率運行，這樣一來就能夠在最大程度上捕獲風能，從而提高風力發電的質量。假如風速大于額定值，這時候能夠利用降低風力發電機的轉動速度等措施從而把風力發電系統控制在某一合適的特定功率內，讓其保持不變，采用了該措施就可以取代變槳距機構，從而省去了很多不必要的麻煩，還提高了工作效率。另外，通過使用數學中的微分幾何知識，在運用微分幾何控制技術的時候就能夠及時反映出線性化轉變，如此一來風力發電機的非線性關系就可以全部變成線性關系，更加易于操作和執行相關控制措施，這樣就可以設計模擬出一個切實可行的模型，即合適的風力發電機組模型。還有一點，根據微分幾何的相關原理可以設計出一個簡單方便的控制設備，這樣就可以隨時實現對非恒速發電機組的恒功率控制。有一點需要引起注意的是：雖然微分幾何非線性控制理論的反饋控制有很多優勢和便利，但是這一控制技術在設計尤其是計算的時候有非常大的難度，一般情況下它反映輸出的是一種狀態向量的函數，且是變幻莫測不容易看懂的非線性函數，這種算法還有一定的局限性，比如它要求CPU具有極其高的性能，這就導致該控制理論難以得到普及。當然，隨著時代發展，CPU的性能真正逐步提高，這樣一來微分幾何控制理論就能夠更好的應用在風力發電控制系統中，微分幾何控制技術會有更高的參考價值以及更加廣闊的前景。

2 自適應控制技術在風力發電控制系統中的應用

自適應控制技術是一種科技含量高的控制技術，之所以把該技術應用到風力發電控制系統中來，其主要原因是風力發電控制系統中的相關運行參數和沒有建立明確模型的相關環節等，它們的動態階段變化非常快，這樣一來就缺乏實際價值，而自適應控制技術就是為了改變這一局面，讓這些變化和反應不會過于靈敏。在實際應用過程中，只要風力發電控制系統開始運行且有明顯的變化時，自適應控制系統就能夠及時捕獲到這一變化情況，接著就會自動采取正確有效的措施，如調節控制器的參數，控制相關系統運行速度等，其目的就是讓風力發電控制系統的作用達到最大，當達到最大作用效果的時候還要讓這一效果持續不間斷地保持下去，基于該技術的這些優點，因此自適應控制系統應用在了在風力發電控制的許許多多的地方，也收到了一定的實際成果。其實，風力發電控制技術也發生了一些顯著的變化，如把定槳距改變成為了定槳距，傳統的變速控制措施在做出切實可行的控制時，首先需要做的是建立一個相應的系統模型，問題是這種相應的模型并不是輕松簡單地就可以建立起來的，因此傳統的控制措施并不是很理想，作用不明顯，還有待改進完善，針對這一困難局面現在就有人提出采用自適應控制器，這一方法的工作原理是：根據模型參考自適應控制把大型的方力發電機組非交流電動變槳距控制系統作為一個完整的研究對象，根據這一對象來設計一個相應系統，即高性能電動變槳距自適應控制系統，這樣一來就可以讓它具備良好的捕捉性能，也有了完美的服務性能。由此可見，通過自適應控制控制技術就可以最大程度地利用風能同時還可以安全運行。

3 滑膜變結構控制技術在風力發電控制系統中的應用

滑模變結構控制技術從本質上來說是一種不連續的開關型控制技術，這一技術在實際應用過程中，需要對風力發電控制體統的控制狀態在任意時間都能夠進行迅速的切換，該技術有其自身鮮明獨到的特點：隨時切換、對風力發電控制系統的參數變化反應不敏感、設計起來非常輕松、實現起來也極其簡單等，這些自身的獨特優點正是風力發電控制系統中所需要的，是一種非常好的操作措施。滑模變結構控制技術可以在最大程度上減輕多種因素對雙饋感應電機的影響，這些因素包括參數誤差、外界條件干擾等，提高控制性能。把這項技術充分合理地應用到風力發電控制系統中，可以讓風力發電機組在運行工作過程中處在一種最好的狀態，從而捕獲更多的風能。

4 結語

通過文章的一些研究，人們對現代控制技術在風力發電控制系統中的應用就會有更加清晰明確的認識，從而讓現代控制技術的應用更加成熟完善，給風力發電控制系統和人們生活提高更優質的服務。

參考文獻

[1]任麗娜，焦曉紅，邵立平.風力發電機速度跟蹤自適應控制研究[J].太陽能學報，2013，30（10）：1234-1239.

[2]鄭雪梅，李琳，徐殿國.雙饋風力發電系統低壓過渡的高階滑膜控制仿真研究[J].中國電機工程學報，2013，32（27）：178-183.

作者單位

廣東明陽風電產業集團有限公司 廣東省中山市 528400