信息化控制技術在風力發電控制系統中的運用

閆豪 李君略

摘 要 風力發電控制系統已經成為當下風力發電技術的核心競爭力。尤其是在風力發電的機組類型拓展之后，和電子功率變換技術的實現以后。而現代化的控制技術在風力發電的控制機構中，將會起到越來越重要的作用。當下研究針對如何的實現對于信息化控制技術的綜合運用，使得風力發電的控制系統能夠更加安全有效的運行，并且取得良好的控制效果，成為了熱點，本文將簡單列舉幾項技術的簡單運用并且對于其發展前景進行展望。

【關鍵詞】信息化 控制技術 風力發電

風力發電因為干凈無污染可再生等環境保護型特點受到一部分國家例如歐洲的荷蘭的青睞，而在中國，因為技術開發落后等原因，風力發電一直有著美好的前景。風力發電技術尤其是控制技術的應用顯得尤其重要。而大家所熟知的是，風力發電機組的系統非常的復雜，而且往往存在多種干擾。在這種不確定而又復雜的系統中，往往沒辦法直接建立模型，而是要設置多重動態控制部分。而這即是現代化控制技術應用的關鍵，通過不斷發展的現代化信息控制技術的強化應用，可以解決風力發電機組的各類干擾因素的控制，并最終完善整個項目。

1 專家系統在風力發電控制系統中的智能化應用

首先專家系統是一類程序，它負責智能性的推理在現實工作中發生的各種難以推進的項目。例如各類故障。由于其由符號系統構成，解釋能力強大，因此在應用到風力發電的控制系統中對于各種模式的判定和處理以增強風力發電控制系統中自身的系統故障排查和處理。但是在整個風力發電控制的系統中，僅僅有一道推理程序是是遠遠不夠的。由于風力發電的系統組成部分眾多，常見的就有風輪、機艙、塔架、驅動鏈、偏航裝置等。因此在建立專家系統的前提下，還應該根據實際結合對于模糊控制技術的應用。而模糊控制技術簡單說就是模擬在不確定性對于各種問題的模糊性分析，從而得到最確切的分析結果。通過這兩類推理決策程序的最終判定，整個系統的故障原因往往能被快速的分析并解決。反饋的方式往往是由機組的電流信號來觀測，實用性也會大大的增強。

2 微分幾何控制技術在風力發電系統中的運用

微分幾何技術主要是針對風力發電系統中的非線性化變量而提出的解決方案。在這種信息化控技術中，理論上來自微分代數系統模型，通過對于引申模型理論的應用，反饋出精確的線性化，從而確定干擾的因素。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。由于其有算法負責，并且對于控制的計算機要求較高。在實際的應用中還是有一定的限制。

3 自適應控制信息化技術在風力發電系統中的應用

自適應控制信息化就是即是以環境改變而自動調整自身的控制參數，所以它對于整體參數的變化過程要給予高度的關注。在風力發電的控制系統中，自適應控制要做到對于過程參數變化檢測的同時，實時的調節控制器，從而實現最優控制。而構建一個自適應控制系統的模型簡單，應用到風力發電的系統中還需要設計一個高性能的追蹤系統，例如槳距自適應控制系統，通過電流信號在實現自適應的同時，可以進行參數追蹤。應用到現代的風力發電技術中，以無速度傳感器矢量控制技術為基礎，設定模型追蹤風速，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，由適應器調節控制，在正確的補償或者減低設定的風速過程中，實現對于風力的合理的最大化的運用。

4 最優控制智能技術在風力發電控制系統中的應用

前文提到風力發電控制系統的隨機變量多，不確定或者干擾的因素大，主要指的是風能捕獲利用方面。通過最優控制智能技術的使用，可以最大程度的分解和線性化干擾因素。因其數學模型已通過多次認證，因此對于變量或者干擾因素的線性化分解，設計最優控制，從而有效的捕獲和利用風能。另一方面在發電機控制方面，也可以采用最優控制技術，例如發動機運行的過程中，運用最優功率調節器，在其功率和電功率波動之間尋求最優解決參數，從而使得發電機的轉子轉速保持最優葉尖速比，獲得最大風能捕獲。

5 人工神經網絡技術在風力發電控制系統中的應用

人工神經網絡技術通過對動物神經的研究，模仿神經系統的網絡特征，在電力系統中具有高度的應用。其類似于神經元的獨立性以及并聯完成任務的組織性，可以在風力發電過程中對于風速實現預測。神經網絡中所采用的模型大多為反向傳播算法模型，在BP以及廣義回歸神經網絡的運用中，通過神經網絡自帶的演算和變量輸入，可以有效的預測風速和風量。而其具備的另一個優點是即是系統中存在這大量的不確定性，其也能在通過減少功率的波動來實現預測。從而穩定的實現系統的運行和控制。

綜上所述，風速所帶來的影響因素隨機性和非線性，使得風力發電系統的設計和控制存在在復雜和難以預測的特征。結合運用現代化的信息控制技術，可以有針對性的對于電流信號，風速，風能捕獲量燈量化因素進行控制，從而達到就目前而言的最優控制效果。在未來技術的發展的變革中，一定會有更多更有效的模型建立和技術變革從而應用在風力發電系統乃至電力系統中，到時候我國的風力發電技術一定會趕超世界強國。

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作者簡介

閆豪（1980-），男，大學本科學歷。現深圳東方鍋爐控制有限公司成都分公司系統集成工程師、自動化工程師。研究方向為自動控制系統。

作者單位

深圳東方鍋爐控制有限公司成都分公司 四川省成都市 610071