于海舒

摘 要：目前，可再生能源的使用和開發(fā)比較普遍，其中之一就是風(fēng)能，有效地利用風(fēng)能，就可以把風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，最終轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，從而?shí)現(xiàn)電力輸送，不但可以盡量少的消耗不可再生能源，還可以有效的保護(hù)環(huán)境，從而使經(jīng)濟(jì)效益提高。在風(fēng)電系統(tǒng)中，有一個(gè)重要的組成部分就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行有著很大的關(guān)系。本文對于開發(fā)利用風(fēng)能以及發(fā)電機(jī)組分類進(jìn)行了簡述，最后針對發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)能；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；控制技術(shù)

中圖分類號：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0141-02

隨著社會的進(jìn)步，電能成為各界不斷需求的能源，從而促進(jìn)供電領(lǐng)域的不斷發(fā)展。風(fēng)能是一種可再生的清潔能源，使用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電，對于供電行業(yè)和社會可持續(xù)發(fā)展方面都有著相當(dāng)重要的意義。將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成電能的重要系統(tǒng)就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其中控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，要對其加以重視，發(fā)電機(jī)組的控制要使用科學(xué)的手段，才能使發(fā)電機(jī)組的功效得到最大的發(fā)揮，風(fēng)能轉(zhuǎn)化為可靠的電能。

1 開發(fā)利用風(fēng)能

為了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們往往需要大量使用各種能源，近些年來，社會快速發(fā)展過程中，能源緊缺的問題開始凸現(xiàn)出來，同時(shí)環(huán)境也污染加劇。想要人們有可持續(xù)發(fā)展的生存環(huán)境，對于能源的使用以及環(huán)境污染問題必須要重視起來。像不可再生的煤炭和石油等能源要盡量減少使用，這類能源不僅不可再生，還嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境。要注重可再生清潔能源的開發(fā)使用，像是風(fēng)能的開發(fā)，可以使生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，也推動了社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。風(fēng)力資源是我國豐富的能源，在發(fā)電上其不同于常規(guī)能源，使用風(fēng)能發(fā)電，生態(tài)環(huán)境在一定程度上得以被保護(hù)。作為實(shí)現(xiàn)利用風(fēng)力資源的重要系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)中，其控制技術(shù)有了很大的進(jìn)步，從而發(fā)展為更加可靠、智能和輕盈的發(fā)電系統(tǒng)。在風(fēng)能發(fā)電上，有著靈活投資、占地面積小、施工期短的優(yōu)點(diǎn)，使社會和經(jīng)濟(jì)的效益共同發(fā)展。在風(fēng)能開發(fā)的領(lǐng)域里受到了國家重要的政策支持，近幾年，風(fēng)能發(fā)電得到了迅速發(fā)展，更有效開發(fā)和使用風(fēng)能，使得風(fēng)電機(jī)組在控制上的技術(shù)也不斷加強(qiáng)。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分類

通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)和使用效果劃分其種類：（1）依據(jù)不同地域的使用來分類，主要有兩種類型，一個(gè)是陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，另一個(gè)是海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。近幾年發(fā)展比較快，成為主要發(fā)展趨勢的是海上風(fēng)力發(fā)電。（2）依據(jù)發(fā)電機(jī)不同的容量分為兩類，一個(gè)是大型發(fā)電機(jī)組，另一個(gè)是中型發(fā)電機(jī)組，主要使用于海上發(fā)電的大型發(fā)電機(jī)組有著突出效果，也是發(fā)電機(jī)組研發(fā)的重點(diǎn)對象。（3）依據(jù)發(fā)電機(jī)組不同類型分為兩類，一個(gè)是直驅(qū)型發(fā)電機(jī)組，另一個(gè)是雙饋型發(fā)電機(jī)組，直驅(qū)型發(fā)電機(jī)組因?yàn)闆]有齒輪增速箱，在應(yīng)用此類機(jī)組時(shí)要使用同步發(fā)電機(jī)，雙饋型發(fā)電機(jī)組有齒輪增速箱，在應(yīng)用這類發(fā)電機(jī)組時(shí)使用異步發(fā)電機(jī)。（4）依據(jù)發(fā)電機(jī)組的槳距特性主要分為兩類，一個(gè)是變槳距發(fā)電機(jī)組，另一個(gè)是定槳距發(fā)電機(jī)組，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的是變槳距發(fā)電機(jī)組，因此其也有著復(fù)雜的控制方式，但是利用風(fēng)能的效率很高，還可以全面優(yōu)化輸出功率，因此是目前風(fēng)能發(fā)電控制的主要方式。

3 分析機(jī)組的控制技術(shù)

3.1 H∞魯棒控制

H∞魯棒控制的理論基礎(chǔ)是Hardy空間，無窮范數(shù)要根據(jù)個(gè)別性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。H∞魯棒控制可以有效地處理多變量問題，在其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，可解決初期建模出現(xiàn)的問題。風(fēng)能激勵(lì)時(shí)，H∞有較小的范數(shù)，控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定的輸出，同時(shí)依據(jù)目標(biāo)軌跡系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行。魯棒控制是發(fā)電機(jī)組控制中的重要技術(shù)。有著不穩(wěn)定的風(fēng)向和風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以受到魯棒原理進(jìn)行控制，風(fēng)能可以被快速的追蹤到，從而使風(fēng)能利用率得到提高，更有效的捕獲風(fēng)能。

3.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制

因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組是非線性系統(tǒng)，其有多變復(fù)雜的運(yùn)行特征，在運(yùn)行中會遇到可能變化的負(fù)載、風(fēng)力、風(fēng)向等，使自身的運(yùn)行受到影響，因此，通過建立數(shù)學(xué)模型很難使該機(jī)組受到良好的控制?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制是開關(guān)型控制，控制時(shí)具有不連續(xù)性，在預(yù)先進(jìn)行設(shè)定時(shí)，滿足其相應(yīng)條件，在指定的空間里系統(tǒng)就會進(jìn)行滑模運(yùn)動，該方法有著設(shè)計(jì)簡單，反應(yīng)速度快，不敏感于發(fā)生變化的系統(tǒng)參數(shù)，魯棒性較強(qiáng)，操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在不確定參數(shù)的狀態(tài)下，使系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行得以保障，滿足了有最大功率限制的風(fēng)力系統(tǒng)，對于發(fā)電機(jī)組進(jìn)行有效地控制。

3.3 矢量控制

使用矢量控制，可以最大化的跟蹤風(fēng)能，能調(diào)節(jié)無功功率與有功功率之間的關(guān)系，有較強(qiáng)的適用性，更加的抗干擾，短時(shí)間的控制具有良好的穩(wěn)定性。矢量控制普遍應(yīng)用于雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性會受到轉(zhuǎn)子電流勵(lì)磁分量的影響，因此，對于無功補(bǔ)償量有一定程度的限制。

3.4 最優(yōu)控制

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處的環(huán)境有以下特點(diǎn)：非線性、外部干擾多、不確定的風(fēng)速變量等，數(shù)學(xué)控制不能達(dá)到效果，這種情況下，要想實(shí)現(xiàn)機(jī)組的最好控制，就要選擇最優(yōu)控制技術(shù)。最優(yōu)控制可以通過線性化模型的設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確的尋找周圍的工作點(diǎn)，確定解耦線性化的精確度，由此最大程度地對風(fēng)力和風(fēng)能進(jìn)行控制和捕捉。電功率較小的波動與無功功率、有功功率在輸出上是有一定矛盾的，在這種情況下，可以使用最優(yōu)控制進(jìn)行折中解決，在因線路故障而擾動電壓的問題上，最優(yōu)控制可以進(jìn)行有效的控制。

3.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

把生物與人類的學(xué)習(xí)、判斷和適用等功能作為基礎(chǔ)，從而進(jìn)行研究的理論就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，其是一種比較重要的智能控制技術(shù)，有較強(qiáng)的自主適應(yīng)性和組織性，可以準(zhǔn)確的捕捉不確定的風(fēng)力和變化嚴(yán)重的風(fēng)力，在這種情況下也有良好的適應(yīng)能力，使發(fā)電機(jī)組的發(fā)展更加智能。預(yù)測風(fēng)速的準(zhǔn)確性會受到特定風(fēng)速、預(yù)測地點(diǎn)和預(yù)測時(shí)間的影響，面對這種情況，可以利用該技術(shù)合理預(yù)測風(fēng)速，首先，確定風(fēng)速的變量，可以利用時(shí)間序列模型來實(shí)現(xiàn)，在確定風(fēng)量變速后，通過該技術(shù)進(jìn)行有效的預(yù)測。如果是控制非線性系統(tǒng)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是最好的選擇，在使用時(shí)不需要建立精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，依據(jù)其本身的控制力以及適應(yīng)力，使系統(tǒng)在電能質(zhì)量轉(zhuǎn)變，存在不穩(wěn)定、不確定風(fēng)向與風(fēng)速時(shí)可以高效、安全的運(yùn)行。

3.6 模糊控制

模糊控制在智能控制法中是比較典型的，語言規(guī)則與模糊推理作為該方法的基礎(chǔ)，是高級的控制方法，不會受到非線性因素的影響，有較強(qiáng)的魯棒性。使用該方法控制發(fā)電機(jī)組，能提高風(fēng)能利用率，對最大功率進(jìn)行跟蹤。該方法有著優(yōu)越的特點(diǎn)，與仿人智能技術(shù)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及人工智能技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，推動控制機(jī)組的技術(shù)全面發(fā)展。在變槳距發(fā)電機(jī)組上使用該技術(shù)，可全面改善控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，有效的控制葉尖速比、風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)輪槳距角，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的恒定頻率與恒功率輸出。模糊控制也能有效控制抖振，使抖振減少，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高質(zhì)量的運(yùn)行。

4 結(jié)語

因?yàn)殡娏︻I(lǐng)域過多的利用不可再生能源進(jìn)行發(fā)電，消耗了大量能源，生態(tài)環(huán)境被嚴(yán)重的污染，對人類的發(fā)展造成一定阻礙。所以，要發(fā)展可再生綠色能源的使用，可以利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，對風(fēng)能進(jìn)行合理開發(fā)和有效地利用，使社會可持續(xù)發(fā)展。

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