摘要：近年来，经济的发展带动科技发展，在可再生能源领域之中，风力发电具备很大的发展潜力，世界各国也开始提升对风力发电的研究力度，实现风能最大限度的应用。本文根据以往工作经验，对风力发电机组控制方法的分类进行总结，并从滑模变结构控制、矢量控制、最优控制、人工神经网络控制四方面，论述了风力发电机组控制方法的改进，希望可以对相关工作起到一定的帮助作用。
关键词：风力；发电机组；控制技术
引言
风能做为重要的清洁能源和可再生能源，现在已经得到广泛的应用，目前应用的最主要方式是通过风力发电机组将风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，通过电网输送给用户。风力发电机组是通过获得风能进行发电的电力设备，一般由风轮、发电机、机舱、铁塔等机械系统和变流器、控制系统、监控系统、安全系统等电气系统共同构成，风轮中心高度通常有几十米甚至上百米。风力发电机组是风电企业重要的生产设备，为保证风力发电机组正常运行以及发生故障后尽快排除恢复生产，风电企业会配置专业技术人员开展对风力发电机组的检修维护工作，一般每半年或1年还要开展一次集中的设备检修维护。风力发电机组的检修维护工作涉及到人员和设备安全，如何做好风力发电机组控制技术的研究。
1风力发电机组的分类
在进行风力发电机组的分类中，主要依照了风力发电机组自身特性进行。依照风力发电机组的适用地域，能够将其分为海上风力发电以及陆上风力发电两种类型。在近几年的发展中，海上风力发电是较为流行且发展速度较快的一种风力发电形式。这意味着，海上风力发电机组是目前风能发电及其发电机组的主要发展趋势。依照风力发电机组的容量大小，可以将其分为中性风力发电机组以及大型风力发电机组。在近几年的发展中，由于在海上风力发电中普遍使用了大型风力发电机组，且发电效果较好，所以成为了现阶段相关人员研究的重点机型。依照风力发电机组的类型，可以将其分为双馈型风力机组以及直驱型风力发电机组。其中，双馈型风力机组使用了齿轮增速箱;而直驱型风力发电机组使用了同步发电机。
2风力发电机组控制技术的研究
2.1模变结构控制
在风力发电机组应用过程中，具备很强的非线性系统特性，而且在具体运行过程中，还具备较强的复杂多变等特点，与此同时，还会在运行过程中遇到负载、风向等变化，对自身运行状态产生严重影响。因此，在日常工作之中，很难通过数学模型对机组控制模式进行精确建立。整体来看，滑变结构控制属于开关型控制范畴，具备不连续控制等特点。在具体的系统预先设定过程中，只能在相应的特定空间之中进行滑模运动，进一步降低了系统设计的复杂性，相应速度也得到了提升，对于系统参数变化也不会过于敏感，鲁棒性也会明显的展示出来，提升整个风力发电机组的可操作性。也正是由于上述优点的存在，可以确保系统能够在不确定状态下稳定运行，并与风力发电系统之中的最大功率限制要求相符，最终实现对风力发电机组的全面控制。
2.2 H∞鲁棒控制技术
H∞鲁棒控制技术的理论基础为Hardy空间。在具体的使用中，通过对个别性能指标相应的无穷范数进行优化，能够对具有鲁棒性能的控制器进行获取。H∞鲁棒控制技术实现了对多变量问题的处理与解决，并在相对严格的数学基础上，完成了对在建模初期存在着的误差进行解决。在风能激励过程中，H∞范数为最小，控制系统输出处于最稳定的状态。同时，通过H∞鲁棒控制技术的使用，能够确保风力发电机组依照前期设定的轨迹进行稳定的运行。可以说，对于风力发电机组来说，H∞鲁棒控制技术是一项必不可少的基础技术。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当风力发电机组处于风速、风向均不稳定并且变化较为频繁的条件下，H∞鲁棒控制技术的使用能够实现对风力发电机组中变速恒频风力发电系统的更好控制，使得该系统能够对风能进行快速的跟踪，保证并提升了对风能的捕获率以及利用率。
2.3矢量控制
在矢量控制作用下，人们可以实现对风能的有效跟踪和利用，与此同时，还可以实现无功功率和有功功率的独立耦合和调节。整体来看，该项控制系统具备较强的抗干扰能力和适应能力，能够在很短时间内形成稳定控制过程。另外，双馈电机相应控制系统在矢量控制中的应用十分普遍，但由于转子电流励磁分量会对发电机组自身稳定性产生巨大影响，导致整个无功补偿量的大小会受到一定的限制。除此之外，在具体矢量控制过程中，还需要将具体的非线性以及干扰较大的因素排除，利用精确的数学控制来完善机组的运行过程，利用最优系统控制，保持风力发电机组的最优化运行。
2.4最优控制技术
在风力发电机组的实际运行中，由于其普遍处于干扰较大、风速频繁变化的非线性环境中，所以无法使用数学控制的方式完成对风力发电机组的控制。基于这样的情况，相关工作人员使用了最优控制技术完成了对风力发电机的控制。在最优控制技术中，利用线性化模型的设计以及工作点的寻找，结合大范围的反馈完成的精确解耦线性化，能够实现对风力以及风能的最大程度的控制与捕捉。对于风力发电机组运行中存在的输出矛盾，基于最优控制技术的系统能够更好的处理与解决，同时，基于最优控制技术的系统能够对由于线路故障造成的电压扰动进行抑制。
2.5滑模变结构控制技术
风力发电机组是一种非线性的系统，在实际的运行过程中，有着复杂且多变的特性。当在实际运行的过程中，发生了风向变化、风力改变或是负载的情况时，风力发电机组的稳定运行就会受到影响。而滑模变结构控制技术就能够实现对这一问题的控制。对于滑模变结构控制来说，由于其性质为开关型控制，所以有着不连续控制的特性。在实际的使用中，通过对系统进行预设，就能够确保在满足预设条件的情况下，系统的滑模运动被限制在特定的空间内。由于其在实际的操作中较为简单、且反应的速度较快等优势，被广泛的应用于风力发电机组中。
2.6人工神经网络控制
神经网络理论的实施，主要是以生物以及人类相应的学习表现和判断能力为基础进行深入研究，该组织不但自适应能力较强，而且还具备一定的自组织性特点，能够与不确定风力进行适应和捕捉能力，为后续工作的开展提供基础，确保整个风力发电机组朝着智能化方向发展，从这里也可以看出，人工神经网络控制属于智能控制技术范畴。站在具体工作角度来看，风速的测定以及预测周期等因素对风速预测的准确性影响十分严重。因此，神经网络的应用对风速研究提供了巨大帮助，人们可以根据具体的时间序列模型将风速变量确定出来，待到风速变量得到采集之后，工作人员便可以通过回归神经网络和反向传播神经网络对其进行预测。由于该系统具备较强的非线性特点，进一步提升了人工神经网络的实用性，只要做到数学模型的精确建立，便能够在不稳定环境之中实现风力发电机组的高效运行。
3结语
综上所述，风力发电机组控制技术对于风力发电组的运行稳定性有着重要的意义。通过使用H∞鲁棒控制技术、滑模变结构控制技术、矢量控制技术、人工神经网络控制技术、模糊控制技术，提升了风力发电机组的运行效率以及运行稳定性，实现了对风力以及风能的最大程度的控制与捕捉，推动了风力发电机组向着智能化控制的方向发展。
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论文作者:白志军,闫青山,张旭东
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
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