風力發電機組控制技術的研究

趙建輝

摘 要：在供電領域中，風能發電是一項較為穩定的技術，對于供電行業的可持續發展有著重要的意義。基于此，本文分析了風力發電機組的分類，重點闡述了H∞魯棒控制技術、滑模變結構控制技術、矢量控制技術、人工神經網絡控制技術、模糊控制技術這些風力發電機組控制技術。

關鍵詞：風力發電機組；控制技術；智能技術

一、風力發電機組的分類

在進行風力發電機組的分類中，主要依照了風力發電機組自身特性進行。依照風力發電機組的適用地域，能夠將其分為海上風力發電以及陸上風力發電兩種類型。在近幾年的發展中，海上風力發電是較為流行且發展速度較快的一種風力發電形式。這意味著，海上風力發電機組是目前風能發電及其發電機組的主要發展趨勢。

依照風力發電機組的容量大小，可以將其分為中性風力發電機組以及大型風力發電機組。在近幾年的發展中，由于在海上風力發電中普遍使用了大型風力發電機組，且發電效果較好，所以成為了現階段相關人員研究的重點機型。

依照風力發電機組的類型，可以將其分為雙饋型風力機組以及直驅型風力發電機組。其中，雙饋型風力機組使用了齒輪增速箱；而直驅型風力發電機組使用了同步發電機。

二、風力發電機組控制技術的分析

（一）H∞魯棒控制技術

H∞魯棒控制技術的理論基礎為Hardy空間。[1]在具體的使用中，通過對個別性能指標相應的無窮范數進行優化，能夠對具有魯棒性能的控制器進行獲取。H∞魯棒控制技術實現了對多變量問題的處理與解決，并在相對嚴格的數學基礎上，完成了對在建模初期存在著的誤差進行解決。在風能激勵過程中，H∞范數為最小，控制系統輸出處于最穩定的狀態。同時，通過H∞魯棒控制技術的使用，能夠確保風力發電機組依照前期設定的軌跡進行穩定的運行。可以說，對于風力發電機組來說，H∞魯棒控制技術是一項必不可少的基礎技術。當風力發電機組處于風速、風向均不穩定并且變化較為頻繁的條件下，H∞魯棒控制技術的使用能夠實現對風力發電機組中變速恒頻風力發電系統的更好控制，使得該系統能夠對風能進行快速的跟蹤，保證并提升了對風能的捕獲率以及利用率。

（二）滑模變結構控制技術

風力發電機組是一種非線性的系統，在實際的運行過程中，有著復雜且多變的特性。當在實際運行的過程中，發生了風向變化、風力改變或是負載的情況時，風力發電機組的穩定運行就會受到影響。而滑模變結構控制技術就能夠實現對這一問題的控制。對于滑模變結構控制來說，由于其性質為開關型控制，所以有著不連續控制的特性。在實際的使用中，通過對系統進行預設，就能夠確保在滿足預設條件的情況下，系統的滑模運動被限制在特定的空間內。由于其在實際的操作中較為簡單、且反應的速度較快等優勢，被廣泛的應用于風力發電機組中。

（三）矢量控制技術

在風力發電機組中，使用矢量控制技術能夠實現對風能跟蹤的最大化，還能夠實現有功功率以及無功功率的獨立解耦調節，對于風力發電機組的運行來說，矢量控制技術的使用有著重要的意義。對于基于矢量控制技術的系統來說，由于其具有較強的適用能力以及抗干擾能力，所以能夠在短時間內完成穩定性控制。現階段，矢量控制技術更多的被應用于雙饋型風力機組中，但是該技術的使用會對無功補償量的大小進行限制。

（四）最優控制技術

在風力發電機組的實際運行中，由于其普遍處于干擾較大、風速頻繁變化的非線性環境中，所以無法使用數學控制的方式完成對風力發電機組的控制。基于這樣的情況，相關工作人員使用了最優控制技術完成了對風力發電機的控制。[2]在最優控制技術中，利用線性化模型的設計以及工作點的尋找，結合大范圍的反饋完成的精確解耦線性化，能夠實現對風力以及風能的最大程度的控制與捕捉。對于風力發電機組運行中存在的輸出矛盾，基于最優控制技術的系統能夠更好的處理與解決，同時，基于最優控制技術的系統能夠對由于線路故障造成的電壓擾動進行抑制。

（五）人工神經網絡控制技術

人工神經網絡控制技術是現代智能技術中較為重要的一種技術，也是在多種控制系統中普遍使用的一種技術。對于人工神經網絡來說，能夠通過對人們學習、決策等行為的模擬，實現了對相應系統的擬人控制。對于風力發電機組來說，通過使用人工神經網絡控制技術，能夠對環境中不斷變化的風能進行準確的捕捉，促進了風力發電機組向著智能化控制的方向發展。通過在風力發電機組中使用人工神經網絡控制，能有實現對風速的合理預測，提升了風力發電機在不穩定環境中運行的穩定性。

（六）模糊控制技術

模糊控制技術以模糊推理及語言規則作為基礎，能夠避免受到非線性因素的影響。在風力發電機組中使用模糊控制技術，能夠顯著的提升風能的使用率，同時，還能夠跟蹤最大功率。對于風力發電機組來說，模糊控制技術的使用推動了其向著智能化控制的方向發展，優化了風力發電機組的控制效果。例如，在變槳距并網型風力發電機組中，通過模糊控制技術的使用，能有對風力機轉速進行控制，并對抖振現象進行了降低，提升了風力發電機組的運行效率。

三、總結

綜上所述，風力發電機組控制技術對于風力發電組的運行穩定性有著重要的意義。通過使用H∞魯棒控制技術、滑模變結構控制技術、矢量控制技術、人工神經網絡控制技術、模糊控制技術，提升了風力發電機組的運行效率以及運行穩定性，實現了對風力以及風能的最大程度的控制與捕捉，推動了風力發電機組向著智能化控制的方向發展。

參考文獻：

[1]趙若焱.風力發電及其控制技術新進展探究[J].內燃機與配件，2018（13）：236.237.

[2]譚俊.風力發電機組的控制技術探析[J].中國設備工程，2018（13）：220.221.