摘要：在現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日益迅猛發(fā)展過程中，風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)不斷豐富，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)里，可使用專家系統(tǒng)、預(yù)測模型控制系統(tǒng)等現(xiàn)代性控制技術(shù)進(jìn)行綜合性的應(yīng)用，這是完善風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的有效措施。文章對風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中現(xiàn)代信息化控制技術(shù)的應(yīng)用策略進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)；現(xiàn)代信息化；控制技術(shù)；專家系統(tǒng)；預(yù)測模型控制系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM614 文章編號(hào)：1009-2374（2017）10-0069-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.034

現(xiàn)代信息化控制技術(shù)是一種新型的技術(shù)，在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中普遍應(yīng)用了此技術(shù)，并充分發(fā)揮了現(xiàn)代信息化控制技術(shù)的優(yōu)勢，可以說風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)與現(xiàn)代控制技術(shù)有密切關(guān)系。

1 在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中自適應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用

從多方面上來講，自適應(yīng)控制技術(shù)是一種要求很高的控制技術(shù)，在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，是由于風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)一些運(yùn)行參數(shù)并未構(gòu)建起明確模型的過程，它們的動(dòng)態(tài)階段變化速度很快，這樣就降低了它們的實(shí)際價(jià)值，而自適應(yīng)控制技術(shù)就完善了這一不足。在具體應(yīng)用中，只要開始運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)，就會(huì)有一些顯著的變化，自適應(yīng)控制系統(tǒng)就可以在第一時(shí)間內(nèi)捕獲變化狀況，之后采用相應(yīng)的措施。結(jié)合這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，所以在風(fēng)力發(fā)電控制中應(yīng)用自適應(yīng)控制系統(tǒng)意義重大。風(fēng)力發(fā)電控制也有很大的變化，比如：在以前的變速控制措施在做出一些控制后，先后構(gòu)建起一個(gè)完整的系統(tǒng)模型，但問題是這種模型的建立并不容易，所以傳統(tǒng)控制措施效果不是很好，還需要加強(qiáng)。針對這樣的實(shí)際狀況，有的學(xué)者就提出了自適應(yīng)控制器，其工作原理就是結(jié)合模型參考自適應(yīng)控制將大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組非交流電動(dòng)變槳距控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，在研究中設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，這樣就能使它具有一定的捕捉性能，能夠提供更多項(xiàng)的服務(wù)。

2 在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中微分幾何控制技術(shù)的應(yīng)用

在數(shù)學(xué)中，微分幾何是一項(xiàng)重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，此內(nèi)容在生活中得到了普遍應(yīng)用，由于微分幾何從本質(zhì)上來講就是表示線性之間的關(guān)系，因此微分幾何控制就是為了將線性化控制狀況正確反映，此技術(shù)工作原理為：通過一種同胚映射對仿射型非線性系統(tǒng)，處理此系統(tǒng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為微分幾何控制技術(shù)。從本質(zhì)上來講，風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)就是一個(gè)呈現(xiàn)非線性關(guān)系的系統(tǒng)，由于在運(yùn)作中會(huì)受到風(fēng)俗速影響，這一控制系統(tǒng)由很多種技術(shù)參數(shù)組成。微分幾何控制技術(shù)在運(yùn)用過程中，風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中非線性關(guān)系這一問題是必須要解決的，之后就是對雙饋發(fā)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的操作，在多次研究后得到最后的輸入或者輸出命令，最后就是需要充分融合發(fā)電機(jī)反應(yīng)的情況，確保風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的運(yùn)作，這樣就能夠更好地捕獲風(fēng)能，提升風(fēng)力發(fā)電水平。假如額定值小于風(fēng)的速度，這時(shí)就可運(yùn)用風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度降低的方法控制好風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的功率，確保其功率值，此技術(shù)的應(yīng)用可代替以前的變槳距系統(tǒng)，有效的加強(qiáng)工作效率。同時(shí)，在數(shù)學(xué)中微分幾何知識(shí)的利用下，在微分結(jié)合控制技術(shù)利用就能夠?qū)⒕€性變化關(guān)系反映出來，這樣風(fēng)力發(fā)電機(jī)非線性關(guān)系就能轉(zhuǎn)化成為線性關(guān)系，便于操作。結(jié)合微分幾何原理就能夠設(shè)計(jì)出一個(gè)控制設(shè)備，這個(gè)設(shè)備不但簡單，而且使用起來很方便，便于更好的控制非恒速發(fā)電機(jī)組。但需要明確的是：微分幾何非線性控制理論反饋控制中優(yōu)勢很多，但在設(shè)計(jì)這一控制技術(shù)中特別是計(jì)算中難度很大，通常狀況下它反映的是一種函數(shù)，并且是很難看懂的非線性函數(shù)，這種算法的局限性很大。另外，在時(shí)代的迅猛發(fā)展下，不斷提高了CPU性能，這樣就能夠在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)里更好地應(yīng)用微分幾何控制理論，這樣這一理論會(huì)有更大范圍的應(yīng)用。

3 在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)智能化中應(yīng)用專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是一種智能推理程序，對知識(shí)有效處理，事實(shí)上就是結(jié)合當(dāng)前條件對人類一系列推理現(xiàn)象進(jìn)行模擬，利用一些專業(yè)知識(shí)判斷和推理各大模塊，對各領(lǐng)域知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)妥善處理，并具有一定的解釋功能。所以在診斷故障產(chǎn)生原因中常常適用。風(fēng)電機(jī)組是由很多部分共同組成的一種系統(tǒng)，不管哪個(gè)環(huán)節(jié)有故障出現(xiàn)，都會(huì)對機(jī)組的安全運(yùn)作產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，在診斷風(fēng)電機(jī)組故障中常常應(yīng)用專家系統(tǒng)。在構(gòu)建起風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙故障診斷專家模型后，根據(jù)模糊控制診斷引發(fā)風(fēng)力機(jī)艙故障的原因，進(jìn)一步強(qiáng)化風(fēng)力機(jī)艙故障診斷專家系統(tǒng)運(yùn)作的準(zhǔn)確性和快速性。在分析機(jī)組電流信號(hào)下，并提出一些特征向量，根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所對應(yīng)的優(yōu)勢，構(gòu)建起完善的診斷故障模型，實(shí)現(xiàn)對故障準(zhǔn)確判斷；專家系統(tǒng)可對風(fēng)電機(jī)振動(dòng)故障及時(shí)診斷。在對各個(gè)風(fēng)電機(jī)組的區(qū)域轉(zhuǎn)矩控制與變槳控制的前提下，提出了新的一種專家系統(tǒng)，即模糊專家系統(tǒng)，可以對風(fēng)電場風(fēng)速有效預(yù)測；專業(yè)系統(tǒng)也在確定海上風(fēng)電場的可用性中應(yīng)用，能夠?qū)Ｉ巷L(fēng)電場維修成本有效控制。專家控制系統(tǒng)結(jié)合傳統(tǒng)控制方法，這是專家控制系統(tǒng)研究的主要方向。因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組就是一種很復(fù)雜系統(tǒng)，引發(fā)機(jī)組振動(dòng)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(shí)間內(nèi)出現(xiàn)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(yīng)用的趨勢發(fā)展，多種控制理論的融合對于促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的穩(wěn)定健康發(fā)展起到了積極的作用。

4 在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

圖1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新方向

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)稱之為非線性映射，具有很強(qiáng)的抗逆能力，具有一定的自組織性，可以學(xué)習(xí)與適應(yīng)不確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征，并具有其他系統(tǒng)無法比擬的容錯(cuò)能力。風(fēng)速是始終處于變化狀態(tài)的，風(fēng)速預(yù)測既和預(yù)測方法有很大關(guān)系，也與預(yù)測地點(diǎn)與預(yù)測周期有很大關(guān)系。可使用時(shí)間序列神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)短期風(fēng)速預(yù)測方法，這種方法用時(shí)間序列模型對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中輸入量進(jìn)行選擇，并使用多層反向傳播網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)預(yù)測風(fēng)速序列。同時(shí)，也能使用小波分析與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)互通的方法來短時(shí)間預(yù)測風(fēng)力發(fā)電功率。使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對風(fēng)電場發(fā)電量進(jìn)行預(yù)測，這樣可降低功率波動(dòng)率。使用前對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計(jì)風(fēng)速，這樣能夠加強(qiáng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，即便在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中風(fēng)速出現(xiàn)了很大的變化，也可以正常穩(wěn)定運(yùn)作。在風(fēng)電機(jī)組研究過程中，變槳距系統(tǒng)是很重要的一部分。結(jié)合變速變距型風(fēng)電機(jī)組液壓驅(qū)動(dòng)變式情況，可使用控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變距的方式，來完善解決變槳距機(jī)構(gòu)的參數(shù)時(shí)變性、滯后性控制等一系列問題。在彈性自適應(yīng)人工魚群BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)槳距控制器能夠使風(fēng)電機(jī)組變化風(fēng)力中獲得最大能量能，轉(zhuǎn)速與機(jī)械負(fù)載變化量最小。為了能夠捕獲更大的風(fēng)能，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器結(jié)合了發(fā)電機(jī)預(yù)測模型，綜合了BP算法與遺傳算法的優(yōu)勢，提出了新型的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，此算法經(jīng)常用于診斷風(fēng)電機(jī)組齒輪箱故障中，加強(qiáng)了工作的穩(wěn)定性與可靠性。Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠降低網(wǎng)絡(luò)調(diào)整參數(shù)的敏感性，對局部極小值的出現(xiàn)能夠很好抑制，所以Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在診斷故障中可以識(shí)別出這種故障類型，進(jìn)而有效判別齒輪箱故障。在非線性系統(tǒng)中利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并不需要精確度提高的數(shù)學(xué)模型，在自學(xué)習(xí)過程中能夠取得控制很好的效果，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化電能質(zhì)量。在分析風(fēng)電機(jī)動(dòng)力學(xué)過程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠充分利用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化電能質(zhì)量。在分析風(fēng)力機(jī)動(dòng)學(xué)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以更好利用，并且容錯(cuò)能力非常強(qiáng)，不確定的風(fēng)電機(jī)組模型，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)以及其他幾種控制技術(shù)，這樣就能夠構(gòu)建起科學(xué)的數(shù)字信號(hào)器，此控制器能夠最大程度上降低載荷，具有很強(qiáng)的有效性。當(dāng)前，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有了發(fā)展的新方向，如圖1所示。

5 在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中應(yīng)用最優(yōu)控制智能技術(shù)

風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)隨機(jī)擾動(dòng)性太大，有很多不確定性的因素，其平衡點(diǎn)在風(fēng)速的變化下而變動(dòng)。因?yàn)殡y以確定數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的控制效率非常好。但只是根據(jù)工程附近線性化模型設(shè)計(jì)控制器，這樣無法與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制性能要求相符，不同形式下的線性方法與動(dòng)態(tài)線性有些類似，反饋線性能夠在更大范圍內(nèi)保證精確化線性的實(shí)現(xiàn)。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)作中，有無功率都需要結(jié)合負(fù)載變化狀況做反映，這樣就會(huì)引發(fā)轉(zhuǎn)子電流出現(xiàn)變化，與小電功率波動(dòng)要求發(fā)生沖突，這一沖突的設(shè)計(jì)要求可視為最優(yōu)控制問題進(jìn)行處理。在矢量控制動(dòng)態(tài)模型下實(shí)施擴(kuò)展，對最優(yōu)功率輸出調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了防止風(fēng)速的測量，控制變流器和速度來輸出控制發(fā)電機(jī)。最大風(fēng)能在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中，將反饋線性化與跟蹤控制應(yīng)用相結(jié)合，在對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速跟蹤風(fēng)速變化進(jìn)行控制，在控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速跟蹤風(fēng)速變化下對葉尖速比進(jìn)行最優(yōu)，這樣保證能夠最大限度捕獲額定風(fēng)速風(fēng)能，從而控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率。使用LQG方法轉(zhuǎn)變了變槳距控制器的設(shè)計(jì)，可對一些控制信號(hào)進(jìn)行修改，在額定風(fēng)速下使風(fēng)電機(jī)組可以最大程度上捕獲風(fēng)能，在額定風(fēng)速值以上確保功率穩(wěn)定輸出，在自由參數(shù)引入后，重新分配高頻率與低頻率的權(quán)重，進(jìn)而確保系統(tǒng)最優(yōu)性能。

6 結(jié)語

從以上分析中可見，人們會(huì)更加清晰地認(rèn)知在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)代控制技術(shù)，進(jìn)而更加完善現(xiàn)代控制技術(shù)，促使風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)能夠給人們提供出更多、更便捷的服務(wù)。但結(jié)合實(shí)際情況來講，風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)還有更多的使用價(jià)值有待挖掘，應(yīng)對其使用價(jià)值深入挖掘，進(jìn)而使風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)能夠造福更多的領(lǐng)域。

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作者簡介：王家坤（1986-），男，山東濟(jì)南人，供職于山東國華時(shí)代投資發(fā)展有限公司，研究方向：風(fēng)力發(fā)電運(yùn)營。

（責(zé)任編輯：蔣建華）