呂東明

摘 要：隨著現(xiàn)代科技的不斷更新，風力發(fā)電技術也取得了飛速發(fā)展。本文介紹風力發(fā)電機組控制方法的發(fā)展歷程，詳細闡述幾種控制策略，進而對風力發(fā)電控制技術進行了展望。

關鍵詞：風電系統(tǒng)；雙饋發(fā)電機組；控制

1 前言

隨著不可再生資源的日益減少，人們加大了對可再生資源的開發(fā)和利用。風能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生資源受到人們的青睞，世界各國也加大了對風力發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)和利用。近年來，隨著電子技術以及風力控制技術的不斷發(fā)展，風力發(fā)電技術也取得了前所未有的進步。但由于風能具有不確定性、不易控制等特性，導致風力發(fā)電機組的電壓、電功率均不穩(wěn)定，因此，必須采取措施調整和控制電能品質。

對風力發(fā)電機組而言，控制技術是其核心技術，通過對風力發(fā)電的控制，可以保證整個發(fā)電機組的安全高效運行。加大對控制技術的研究，可以有效提高我國大型風力發(fā)電機組的自主開發(fā)能力，有效降低風力發(fā)電機組成本，提高其國產化。

2 風電機組控制方法發(fā)展歷程

2.1 傳統(tǒng)控制方法

要想最大限度地獲得風能，就要通過調節(jié)風力機槳矩角或發(fā)電機的電磁力來調節(jié)風速的變化，從而使葉尖比保持最佳值。傳統(tǒng)的風電機組控制方法是通過線性化模型來跟蹤記錄葉尖速比，通過測量風速或電功率來對控制方案進行反饋，為了保證風力機葉處風速測量的精確性，可以采用電功率對控制方案進行反饋。

2.2 現(xiàn)代控制方法

（1）滑動?？刂啤Ｔ陲L速擾動和機械不確定的情況下，采用滑動模控制不僅可以實現(xiàn)對電氣參數的無差跟蹤，而且能夠最大限度地獲得風能。又因滑動?？刂葡到y(tǒng)設計簡單、易于實現(xiàn)，因此被越來越多地應用到實際操作中。但其也存在一定的缺陷，在進行滑動?？刂茣r存在切換抖動，在一定程度上會沖擊風力機械設備。

（2）H ∞控制。對于參數不確定、有建模誤差和干擾位置系統(tǒng)的控制，可以采用H魯棒控制進行解決。H魯棒控制能有效對非線性空氣特性、變槳距控制機構和柔性傳動鏈動態(tài)的風電系統(tǒng)進行有效處理，進而在建模不確定的條件下，最大限度地獲得風能。

3 幾種控制策略

3.1 雙饋風力發(fā)電機的工作原理

在變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)中用到的主流機型就是雙饋異步風力發(fā)電機（見圖1），該發(fā)電機具有雙饋性、控制靈活、雙重性以及變速恒頻等特點。

其工作原理是，當雙饋發(fā)電機穩(wěn)定運行的時候，定子和轉子旋轉磁場會在空間上保持相對靜止。當定子旋轉磁場與轉子旋轉磁場的轉速相同時，相對于轉子而言，轉子旋轉磁場會以轉差角頻率旋轉。當轉子旋轉磁場的轉速低于兩者的同步轉速時，轉子旋轉磁場與轉子的轉向一致；而當轉子旋轉磁場的轉速高于兩者的同步轉速時，轉子旋轉磁場與轉子的轉向相反。雙饋發(fā)電機轉子接變頻器的雙饋調節(jié)，就是要在轉子回路的基礎上串入附加電勢，通過對相位、相序和附加電勢大小的調節(jié)來實現(xiàn)。

3.2 自適應模糊控制

在風速較低時，湍流、塔架振顫明顯彎曲，雷諾數的不穩(wěn)定性都會導致功率存在誤差，此時，Pg和電機的轉速也不能呈現(xiàn)立方關系，導致發(fā)電機的效率明顯下降，不能得到準確有效的數據模型。而模糊自適應控制模型（見圖2）可以有效地解決這一問題。

當被控制對象的結構發(fā)生變化時，參數會發(fā)生偏離，此時，測得的輸出功率和參考的輸出功率均存在不同程度的誤差，被控制的對象可以用下式來表示：

X（n）=f（x，x（1），…，x（n-1））+bu

Y=x （1）

式中，f表示未知函數，b表示未知的正常數。通過設計模糊系統(tǒng)，合理調整反饋控制器和參數向量θ的適應率，進而對發(fā)電機轉速和槳矩角進行調節(jié)，直到誤差趨于零?？梢圆捎肐f-then結構來構造模糊系統(tǒng)：

4 未來趨勢——智能化控制

隨著現(xiàn)代信息技術的不斷發(fā)展，智能化控制已被越來越多地運用到風力發(fā)電系統(tǒng)中。為了有效控制風力發(fā)電系統(tǒng)中的非線性因素與參數時變，可以采用模式識別、神經網絡、模糊控制等智能方法。通過這些智能控制的方法，可以對系統(tǒng)參數進行優(yōu)化設計，使系統(tǒng)達到最優(yōu)效果。

5 結論

在風力發(fā)電系統(tǒng)中，雙饋風力發(fā)電機受到越來越多的青睞。本文主要介紹了雙饋風力發(fā)電機的幾種控制策略，通過對其研究，有利于發(fā)電機組的技術改造，同時大力推動了我國風力發(fā)電機組的自主開發(fā)。

參考文獻

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