信息化控制技術在風力發電控制系統中的運用

高鄧鴻 楊金貴

【摘?要】近年來，隨著我國社會經濟的不斷發展，人們生活質量得到了普遍的提高，家用電器和電子設備在人們的日常生活工作中也成為了必需品，對于這些電器的工作運行，必須要有電力資源作為支撐，電力資源成為了社會各界正常運行的主要保證，為了降低對生態環境的惡化和資源的浪費，很多環保發電模式也被普遍的得到了應用。本文就對信息化控制技術在風力發電控制系統中的應用措施進行深入探討。

【關鍵詞】風力發電;控制系統;現代信息化;控制技術

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、風力發電概述

1.1風力發電理論

風力發電指的是風車把風的動能轉變為機械能，然后通過相關的設備把機械能再轉變為電能的過程。風力發電首先是風車的葉片被風帶動進行旋轉，產生機械能，然后可以通過增速器提高旋轉速度，最后利用相應發電設備把機械能轉變為電能。

1.2風力發電在我國的發展

我國地域遼闊、地形多樣，擁有較為豐富的風力資源。我國風力發電具有良好的基礎環境，我國風力資源數量多、質量好。我國開發風電已經取得了一定的成績，從探索時期小規模、小容量的單機研究逐漸走向成熟，我國風力發電正在步入全面推廣階段，風電裝機容量、風電建設規模不斷擴大，發展速度不斷加快。

1.3風力發電的意義

第一，風力發電有利于解決我國能源短缺的問題。隨著我國經濟發展腳步的加快，對能源的消耗與需求迅速增多，能源短缺現象十分嚴重，我國每年都需要進口大量的能源。風力發電可以緩解能源短缺的趨勢。第二，有利于環境保護，實現可持續發展。長期以來我國的能源結構不合理，污染嚴重，極大破壞了生態環境。風力發電不產生污染，有利于實現人與自然的和諧發展。第三，應用范圍廣。風力發電技術在山區、孤島等地區及軍事、交通、氣象等領域均有極大的利用價值。

2、風力發電中信息化控制技術的應用

2.1應用人工神經網絡技術

人工神經網絡稱之為非線性映射，具有很強的抗逆能力，具有一定的自組織性，可以學習與適應不確定系統的動態特征，并具有其他系統無法比擬的容錯能力。風速是始終處于變化狀態的，風速預測既和預測方法有很大關系，也與預測地點與預測周期有很大關系。可使用時間序列神經網絡短期風速預測方法，這種方法用時間序列模型對神經網絡中輸入量進行選擇，并使用多層反向傳播網絡系統預測風速序列。使用神經網絡對風電場發電量進行預測，這樣可降低功率波動率。使用前對人工神經網絡估計風速，這樣能夠加強系統的動態性能，即便在現實環境中風速出現了很大的變化，也可以正常穩定運作。在風電機組研究過程中，變槳距系統是很重要的一部分。結合變速變距型風電機組液壓驅動變式情況，可使用控制神經網絡變距的方式，來完善解決變槳距機構的參數時變性、滯后性控制等一系列問題。

2.2應用專家系統

專家系統是一種智能推理程序，對知識有效處理，事實上就是結合當前條件對人類一系列推理現象進行模擬，利用一些專業知識判斷和推理各大模塊，對各領域知識與經驗妥善處理，并具有一定的解釋功能。所以在診斷故障產生原因中常常適用。風電機組是由很多部分共同組成的一種系統，不管哪個環節有故障出現，都會對機組的安全運作產生嚴重的影響，在診斷風電機組故障中常常應用專家系統。在構建起風電機組機艙故障診斷專家模型后，根據模糊控制診斷引發風力機艙故障的原因，進一步強化風力機艙故障診斷專家系統運作的準確性和快速性。在分析機組電流信號下，并提出一些特征向量，根據BP神經網絡系統所對應的優勢，構建起完善的診斷故障模型，實現對故障準確判斷;專家系統可對風電機振動故障及時診斷。在對各個風電機組的區域轉矩控制與變槳控制的前提下，提出了新的一種專家系統，即模糊專家系統，可以對風電場風速有效預測;專業系統也在確定海上風電場的可用性中應用，能夠對海上風電場維修成本有效控制。專家控制系統結合傳統控制方法，這是專家控制系統研究的主要方向。因為風電機組就是一種很復雜系統，引發機組振動的因素有很多，造成故障的問題也很多，并且很有可能同一時間內出現多種不同情況的故障，在這樣的狀況下必然朝著向其他控制理論互相綜合應用的趨勢發展，多種控制理論的融合對于促進風力發電控制系統的穩定健康發展起到了積極的作用。

2.3最優控制智能技術的應用

風力發控制系統在應的過程中容易受到風能的影響，運行過程中存在著許多的不確定性，想要建立完善的數據模型存在著一定的困難，通過數學模型可以實現對系統的合理控制。但是只通過數學模型中的相關數據對風力發電系統進行設計，無法滿足風力發電系統的應用需求。風力發電系統在運行的過程中，無論是否產生電能都需要對整個系統的承受能力進行掌握，系統中的電流在運行期間也會出現一系列的變化，如何讓系統保持在最優的狀態是目前風力發電系統設計工作比較重視的問題。將最優控制智能技術應用到風力發電控制系統中，可以對系統中的不確定因素和相關變量時進行處理，實現對風能的有效捕捉，將其全部應用電力能源的產生中，還可以對電力機組的狀態進行調整，從而提升風力發電控制系統的應用效率。

2.4微分幾何控制技術

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。

2.5自適應控制

在信息化控制技術中，自適應控制系統具有較高的技術含量。自適應控制系統指的是能夠自動對控制系統中的參數、規律等進行調整的系統，其運行首先需要對對象的動態特點進行識別，然后根據識別結果制定決策，最后對控制系統做出改變。由于風力發電控制系統的參數等是隨著風力不斷變化的，傳統的控制方法要求較多，控制效果不好。自適應控制技術的應用能夠隨外界環境條件的變化自動進行調整，極大提高了風力發電系統的效果。

3、結語

從以上分析中可見，人們會更加清晰地認知在風力發電控制系統中應用現代控制技術，進而更加完善現代控制技術，促使風力發電控制系統能夠給人們提供出更多、更便捷的服務。但結合實際情況來講，風力發電控制系統還有更多的使用價值有待挖掘，應對其使用價值深入挖掘，進而使風力發電控制系統能夠造福更多的領域。

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（作者單位：國家電投云南國際電力投資有限公司新能源事業部）