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摘要：现代控制技术能够有效提升风力发电控制系统运行效果，具有关键的作用。基于此，本文主要分析了现代控制技术在风力发电控制系统中的应用相关内容，可供参考。
关键词：现代控制技术；风力；发电；控制系统；应用
风力发电的概述
能源、环境是如今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限，而且会造成严重的大 气污染。因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发利用， 已受到世界各国的高度重视。风电是可再生、能量大、无污染以及前 景广的能源，大力发展风电这一清洁能源已成为世界各国的战略选择。 我国风能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大。近年来，我国风 电产业及控制技术水平发展迅猛。从技术发展上来说，我国风电企业 经过“引进技术—消化吸收—自主创新”的三步策略也日益发展壮大。 随着国内 5WM 容量等级风电产品的相继下线，以及国内兆瓦级机组在风电市场的普及，标志着我国已具备兆瓦级风机的自主研发能力。 与此同时，我国风电装备制造业的产业集中度进一步提高，国产机组 的国内市场份额逐年提高。当前，我国风电机组整机制造业和关键零 部件配套企业已基本满足国内风电发展需求，但是像变流器、主轴轴 承等一些技术要求较高的部件仍需大量进口。因此，我国风电装备制 造业必须增强技术上的自主创新，加强风电核心技术攻关，尤其是加 强风电关键设备和技术的攻关。
现代控制技术在风力发电控制系统中的应用微分几何
微分几何控制的核心问题是反馈精确线性化，它通过局部微分同胚映射对仿射型非线性系统在满足可控性、矢量场生成、对合性和凸 性四个条件下，将非线性系统在大范围内甚至全局范围内进行线性化处理，使其化为线性控制问题。对于风力发电本身来说，其系统本来 就是非线性的，风速的大小是人为无法控制的。当使用此技术时，首 先要将这一问题进行解决。然后是对双馈发电机的各项操作，主要是 对经过电机的各项数据进行反馈解耦，这一过程需要将非线性情况向线性转化，从而实现动态解耦。这对发电效率的提升非常有帮助，装 置能够尽可能多的捕获风能。如果风速过大，需要将电机的转速适当 调低，这样才能保持其功率不变。微分几何控制的核心问题是反馈精 确线性化，它通过局部微分同胚映射对仿射型非线性系统在满足可控性、矢量场生成、对合性和凸性四个条件下，将非线性系统在大范围 内甚至全局范围内进行线性化处理，使其化为线性控制问题。且该技 术对 CPU 的要求很高，普通的 CPU 无法使用到此技术当中。目前研究人员正在攻克两类难题，可见该项技术具有广阔的发展空间。
自适应与滑模变结构
自适应控制技术是一种科技含量高的控制技术，之所以把该技术应用到风力发电控制系统中来，其主要原因是风力发电控制系统中的相关运行参数和没有建立明确模型的相关环节等，它们的动态阶段变化非常快，这样一来就缺乏实际价值，而自适应控制技术就是为了改变这一局面，让这些变化和反应不会过于灵敏。该项技术的出现很好解决了这一问题，自适应也是目前在风里发电中应用最多的技术之一。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此项技术的最大特点，就是对各种切换开关的灵活控制。当系统运行不再需要这一档速度时，该结构接收到系统传来的相关变档信息，然后做出反应，自动将该档位的开关闭合，打开系统需要的相应档位开关。 系统运行中，人员无需对发电装置重启，即可实现对装置换挡的控制。该技术的特点主要体现在这几点：设计简单，并不需要过于复杂的结构；可随时进行相应的切换工作，具有较强的灵活性；系统参数变化时， 不会影响到该结构的正常控制，具有很强的稳定性。该技术能将自然干扰与装置隔离开来，最大程度保证发电过程正常进行。
主动失速/ 混合失速发电技术
此项技术是这两种技术的结合体，当风速降低时，变桨距会自动进行调节，此时装置的启动效率大大提升，桨距角在风速的影响下， 会向着角度减小的方向偏转，此时攻角增大，叶片捕风的失速效应增强，其相应的捕风能力快速减弱，与风速保持在同等水平上。这种方式变 桨距调节不需要很灵敏的调节速度，执行机构的功率相对较小。风力发电机组在超过额定风速（一般为 14 ～ 16m/s）以后，由于机械强度和发电机、电力电子容量等物理性能的限制，必须降低风力机的能量 捕获，使功率输出保持在额定值附近，同时减少叶片承受负荷和整个 风力机收到的冲击，从而有效避免风力机受到损害。这种调节将引起 叶片攻角的变化，从而导致更深层次的失速，使功率输出更加平滑。
模糊控制理论在风力发电系统中的应用
模糊控制是一种基于语言规则、模糊推理的高级控制策略，是智 能控制领域最活跃、最重要的分支之一，目前，模糊控制以现代控制 理论为基础，同时结合人工智能技术、神经元网络技术、仿人职能技 术，并因其具有自身优点，在风力发电控制领域得到了空前的发展。 变桨距系统是风电机组当中重要的组成部分，其性能的好坏对风电机 组的安全性、使用寿命、电能质量产生重大的影响。在高于额定风速 工况下运用了模糊变桨控制来限制功率，解决了风电系统数学模型复 杂、受参数变化和外部干扰严重、、时变、系统非线性强耦合等困难。 调节风力机的转速可以达到跟踪最大功率点的目的，用基于模糊逻辑 的控制方案来调节风力机的转速，在提高电能质量和风力机稳定性上 具有卓越的性能。采用爬山搜索法的模糊逻辑最大功率点跟踪策略， 不依赖于风力机和发电机的特性，而且避免了对发电机转速的监控。 模糊控制用于控制风电机组中的感应电机，可以最大限度从风中获取 能量，而且使风能到电能的转换系统具有更好的平滑性和稳定性。针 对变速风能转换系统，采用模糊控制来优化效率和提高性能，用三个 模糊控制器分别用来跟踪发电机的转速，进行速度控制，实现最大风 能捕获和减小转矩振动。
风电控制系统的控制技术展望
提高风电效率和改善风电品质的控制已有一定发展，但是还不成 熟。其困难之处在于风电系统涉及空气动力学，气流风具有很强的流 动性、可压缩性，其风速和风向随机性变化，不确定因素很多，目前 风能转换系统的建模研究只采用了空气动力的静态特性。应用当代非 线性控制技术的成果，尤其是控制系统的微机实现，对我国风电机组 的自行开发研制和对现有风电机组的技术改造有切实的指导作用。我 国能源政策已由传统的大机组、大电网转向大型电网与小型、分散电 源相结合的灵活供电方向，开发研制性能良好的能量管理系统，使风 电系统既可独立运行，又可多系统并行运行，还可并网运行，并尽量 减少价格昂贵的太阳能电池和蓄电池在系统中所占比重。只要风能、 太阳能等可再生能源资源丰富，即使对有电网的地区，分散式风一光 互补风电系统仍有广大的应用市场，对当今环保意识日益提高的“绿 色地球”时代，发展风力发电有着长远的社会效益和经济效益。
结语
综上，加强现代控制技术的应用，对于风力发电控制系统的顺畅 高效运行有着十分重要的意义，今后，应加强对现代控制技术的重视 程度，注重其整体性与科学性，以获得最为优化的风力发电控制系统 运行效果。
参考文献
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论文作者:姜昊
论文发表刊物:《福光技术》2019年32期
论文发表时间:2020/3/14
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