張家清，施偉鋒

(上海海事大學(xué)，上海 201306)

0 引 言

目前，由于化石能源的消耗造成的能源需求和環(huán)境污染(污染、酸雨、溫室效應(yīng)等)問(wèn)題日益嚴(yán)重，而無(wú)污染的可再生能源是解決該問(wèn)題的一個(gè)非常重要的途徑[1-2]，因此受到了廣泛的關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電是目前風(fēng)能最主要的利用形式，但受風(fēng)速的波動(dòng)性、隨機(jī)性等特點(diǎn)的影響較大。又因?yàn)榇笮惋L(fēng)機(jī)槳距角的調(diào)整具有短時(shí)的滯后性，會(huì)導(dǎo)致槳葉角度調(diào)整不及時(shí)，產(chǎn)生過(guò)調(diào)整、頻繁調(diào)整等現(xiàn)象，影響了發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率的穩(wěn)定性。因此，準(zhǔn)確、及時(shí)地控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)于穩(wěn)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率、平滑槳距角、延長(zhǎng)機(jī)械壽命、提高風(fēng)電系統(tǒng)的可靠性等具有重要意義。

不同風(fēng)速段采取的控制方法應(yīng)是不同的，一種好的控制策略可以減小各種因素導(dǎo)致的功率波動(dòng)，在能夠快速追蹤最大風(fēng)能的同時(shí)保證功率的平滑輸出。風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)可大致分為三類：傳統(tǒng)控制方法、智能控制方法和先進(jìn)控制技術(shù)。文獻(xiàn)[3]將模擬退火算法與爬山法相結(jié)合，分析了風(fēng)速對(duì)輸出功率的影響。文獻(xiàn)[4]考慮高風(fēng)速下功率和槳距角的關(guān)系，建立二者的靈敏度關(guān)系并設(shè)計(jì)變槳距控制器。變論域模糊偏航控制策略對(duì)風(fēng)速擾動(dòng)具有一定抑制作用[5]，但模糊界限設(shè)定主觀性較大。文獻(xiàn)[6]將PID與蟻群算法相結(jié)合，有效控制了額定風(fēng)速以上風(fēng)機(jī)的功率波動(dòng)。

模型預(yù)測(cè)控制對(duì)于解決風(fēng)電系統(tǒng)的強(qiáng)擾動(dòng)、不確定性問(wèn)題，減小載荷表現(xiàn)出顯著的效果。預(yù)測(cè)控制在1997年較早地被提出應(yīng)用于小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)[7]，后來(lái)又提出將最大風(fēng)能捕捉與預(yù)測(cè)控制相結(jié)合[8-9]。文獻(xiàn)[10]采用簡(jiǎn)化線性模型的預(yù)測(cè)控制實(shí)現(xiàn)了大慣性風(fēng)機(jī)的功率平滑輸出。文獻(xiàn)[11]將模型預(yù)測(cè)控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分段復(fù)合控制的方法相結(jié)合，優(yōu)化了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的多干擾、時(shí)滯性、非線性等控制問(wèn)題，但相對(duì)較復(fù)雜。文獻(xiàn)[12]針對(duì)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)易受風(fēng)的隨機(jī)性等特點(diǎn)的影響，設(shè)計(jì)了一種基于廣義預(yù)測(cè)控制的新型變槳控制器，能夠有效抑制風(fēng)速干擾，輸出恒定功率，計(jì)算量相對(duì)較大，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)。文獻(xiàn)[13]將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和預(yù)測(cè)控制相結(jié)合，在降低了預(yù)測(cè)控制對(duì)系統(tǒng)預(yù)測(cè)模型的要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了額定風(fēng)速以上系統(tǒng)的恒功率控制。MPC能夠抑制輸出功率的波動(dòng)，但是可能增加能量的損耗[14]。

考慮到風(fēng)速的不穩(wěn)定性，風(fēng)速變化是影響風(fēng)機(jī)輸出功率和轉(zhuǎn)速的重要因素之一，并且大型風(fēng)機(jī)槳距角變化受到機(jī)械慣性的影響具有短時(shí)的滯后性。因此，采取改進(jìn)的隱式廣義預(yù)測(cè)控制對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制。然后結(jié)合風(fēng)速預(yù)測(cè)對(duì)槳距角做預(yù)補(bǔ)償調(diào)整，以減少調(diào)整誤差和槳距角過(guò)調(diào)整現(xiàn)象。為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，對(duì)風(fēng)速采取超短期預(yù)測(cè)，并將改進(jìn)的隱式廣義預(yù)測(cè)控制算法(Improved Implicit Generalized Predictive Control，Imp-IGPC)作為模型預(yù)測(cè)控制的基礎(chǔ)算法，減少運(yùn)算量的同時(shí)提高整體的運(yùn)行效率。與傳統(tǒng)控制方法相比，改進(jìn)的隱式廣義預(yù)測(cè)控制能夠?qū)︼L(fēng)電機(jī)組未來(lái)狀態(tài)做出預(yù)測(cè)，有利于平滑機(jī)組的輸出功率；能夠預(yù)知機(jī)組的控制指令，提前對(duì)槳距角進(jìn)行調(diào)整，避免了槳距角的頻繁調(diào)整和轉(zhuǎn)速波動(dòng)，并且可以通過(guò)約束條件防止參數(shù)超出范圍。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制方法的有效性。

1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型

1.1 風(fēng)機(jī)模型

根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)的原理可以得到風(fēng)力機(jī)所獲取的功率方程如下[15]：

(1)

式中，Cp(λ,β)為風(fēng)能利用系數(shù)；λ為葉尖速比；β為槳距角；ρ為空氣密度(在15℃的海平面平均氣壓下為1.225kg/m3)；R為風(fēng)機(jī)風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)半徑；v為輸入風(fēng)速。

由于槳距角的調(diào)整具有一定的滯后性，因此可以用帶延遲的動(dòng)態(tài)一階系統(tǒng)來(lái)表示：

(2)

1.2 線性化系統(tǒng)模型

假設(shè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的葉片和塔筒都是剛性體，傳動(dòng)鏈?zhǔn)侨嵝泽w，采用風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)和傳動(dòng)鏈扭振兩個(gè)自由度建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的三狀態(tài)線性模型。

風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)方程為可近似用一階差分方程表示：

(3)

式中，Jr為風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ωr為風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，Tr為風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩，Tshaft為低速軸對(duì)應(yīng)的反轉(zhuǎn)矩。

風(fēng)輪的轉(zhuǎn)矩則可表示為

(4)

低速軸對(duì)應(yīng)的反轉(zhuǎn)矩Tshaft的方程為

Tshaft=Kd(θr-θg)+Cd(ωr-ωg)

(5)

根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程對(duì)Tr進(jìn)行泰勒展開可得：

Tr=Tr(v0,ωr0,β0)+αδv+γδωr+ζδβ

(6)

根據(jù)式(5)得低速軸對(duì)應(yīng)的反轉(zhuǎn)矩增量：

(7)

式中，Tshaft0為平衡狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。由于在平衡點(diǎn)處風(fēng)輪加速度為零，因此風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩增量和低速軸轉(zhuǎn)矩增量都為零：

Tr(v0,ωr0,β0)=Tshaft0

(8)

因此

(9)

忽略發(fā)動(dòng)機(jī)本身的阻力，則其運(yùn)動(dòng)方程與風(fēng)輪相似，在平衡點(diǎn)處發(fā)電機(jī)的加速度為零，推導(dǎo)公式也類似，可知：

(10)

聯(lián)立式(9)和式(10)

(11)

(12)

2 雙饋風(fēng)電機(jī)組隱式廣義預(yù)測(cè)控制

2.1 隱式廣義預(yù)測(cè)控制算法

GPC采用CARIMA(受控自回歸積分滑動(dòng)平均模型)模型作為預(yù)測(cè)模型，模型形式如下：

A(z-1)y(k)=B(z-1)u(k-1)+C(z-1)ξ(k)/Δ

(13)

其中，A(z-1)、B(z-1)和C(z-1)分別為n、m和n階的z-1的多項(xiàng)式，Δ=1-z-1；y(k)、u(k)和ζ(k)分別為模型的輸出、輸入和均值為零的白噪聲序列。

為了增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，在目標(biāo)函數(shù)中考慮了現(xiàn)在時(shí)刻的控制u(k)對(duì)系統(tǒng)未來(lái)時(shí)刻的影響，采用下列目標(biāo)函數(shù)[16]：

(14)

式中，n為最大預(yù)測(cè)長(zhǎng)度，m為控制長(zhǎng)度(m≤n)，λ(j)為大于零的控制加權(quán)系數(shù)。

為了進(jìn)行柔化控制，采取跟蹤參考軌線的的方法，同時(shí)廣義預(yù)測(cè)控制問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為求Δu(k),Δu(k+1),…Δu(k+m-1)使得目標(biāo)函數(shù)式(14)最小的優(yōu)化問(wèn)題。

由于GPC算法是先辨識(shí)對(duì)象模型，然后用Diophantine方程做中間運(yùn)算，然后得到控制率參數(shù)，計(jì)算量較大，因此采取改進(jìn)的GPC算法。GPC的最優(yōu)化控制率為[17]

ΔU=(GTG+λI)-1GT(W-f)

(15)

式中，ΔU為控制增量，W為已知參考軌跡。由式(16)知，要求ΔU必須知道矩陣G和開環(huán)預(yù)測(cè)向量f。隱式自校正方法就是利用輸入/輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)測(cè)方程直接辨識(shí)G和f。

(16)

由式(16)可知，矩陣G中所有元素g0,g1,…,gn-1都在最后一個(gè)方程中出現(xiàn)，因此只需要對(duì)式(16)的最后一個(gè)方程進(jìn)行辨識(shí)，即可求得矩陣G。

將式(16)的最后一個(gè)方程改寫為如下形式：

y(k+n)=X(k)θ(k)+Enξ(K+n)

(17)

其中,X(k)=[Δu(k),Δu(k+1),…,Δu(k+n-1),1]θ(k)=[gn-1,gn-2,…,g0,f(k+n)]T

(18)

使用如下遞推最小二乘公式估計(jì)θ(k)：

(19)

其中，λ1為遺忘因子，0<λ1<1。根據(jù)遞推公式(19)得到θ(k)的估計(jì)值 ，即得到矩陣G和f(k+n)。

根據(jù)遞推公式可得k時(shí)刻n步估計(jì)值：

y(k+n/k)=X(k)θ(k)

(20)

其中，X(k)=[Δu(k),Δu(k+1),…,Δu(k+n-1),1]。

已知GPC與DMC控制規(guī)律具有等價(jià)性，又知下一時(shí)刻的Y0向量為

(21)

式中，p為模型時(shí)域長(zhǎng)度(p≥1)，h2,h3,…,hp為誤差校正系數(shù)。e(k+1)=y(k+1)-y(k+1/k)為預(yù)測(cè)誤差，故可知下一時(shí)刻的預(yù)測(cè)向量f為

(22)

2.2 隱式廣義預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于低風(fēng)速段時(shí)，需要快速追蹤最大風(fēng)能；處于高風(fēng)速段時(shí)，為使風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠發(fā)出額定功率，并且不超速，需要控制模塊不斷對(duì)系統(tǒng)發(fā)出變槳距的命令。由于槳距角的機(jī)械調(diào)整設(shè)備具有一定的滯后性，因此會(huì)產(chǎn)生槳距角變化不及時(shí)的現(xiàn)象，從而需要槳距頻繁變化達(dá)到抑制有功功率和轉(zhuǎn)速波動(dòng)的目的。尤其在風(fēng)速突降的時(shí)候，槳距角變化的延時(shí)會(huì)引起轉(zhuǎn)速波動(dòng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)無(wú)法最大化利用風(fēng)能，從而導(dǎo)致輸出功率下降。為了能夠改善由于槳距角變化慢而導(dǎo)致的功率下降的情況，同時(shí)能夠抑制轉(zhuǎn)速的變化以及平滑槳距角，提出一種改進(jìn)的隱式廣義預(yù)測(cè)控制。

本文提出的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的改進(jìn)隱式廣義預(yù)測(cè)控制采用的是結(jié)合風(fēng)速預(yù)測(cè)的隱式廣義預(yù)測(cè)控制?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 隱式廣義預(yù)測(cè)控制框圖

圖中ωg,ref、ωg,pre、ωg、ωr,pre、βpre、βin、β、P分別為發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速、預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速、風(fēng)輪預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)速、預(yù)測(cè)槳距角、優(yōu)化后的槳距角、風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的槳距角和實(shí)際輸出功率。

前面給出了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的線性化模型和隱式廣義預(yù)測(cè)算法。為了滿足最小化控制標(biāo)準(zhǔn)，以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和槳矩角為控制變量，避免槳距角的頻繁調(diào)整，維持電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定，最大風(fēng)能捕獲和輸出功率平滑為控制目標(biāo)。根據(jù)式(14)可將下式作為目標(biāo)函數(shù)

(23)

其中,

Δβmin≤Δβ(k+j)≤Δβmin
0≤ωg(k+j-1)≤ωg,maxPpre(k+j)≤Ppre,max

(24)

q(j)、λ(j)為權(quán)值系數(shù)。當(dāng)風(fēng)速小于額定風(fēng)速時(shí)，采用最佳葉尖速比法追蹤最大風(fēng)能，將槳距角保持在0°，盡可能提高最大風(fēng)能的追蹤速度；當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速附近時(shí)，采用改進(jìn)的隱式廣義預(yù)測(cè)控制，主要目的是穩(wěn)定轉(zhuǎn)速和平滑輸出功率，因此設(shè)置q(j)為較大值，λ(j)為適當(dāng)量。

在此基礎(chǔ)上，提出一種聯(lián)系現(xiàn)在和過(guò)去控制量的方法，即當(dāng)前控制量是現(xiàn)在和過(guò)去對(duì)現(xiàn)在時(shí)刻預(yù)測(cè)控制量的動(dòng)態(tài)加權(quán)平均和的方法改善隱式廣義預(yù)測(cè)控制的效果。

(25)

式中,bi為控制增量加權(quán)系數(shù)，可取為bi=1/ei，跟隨每次的誤差波動(dòng)而波動(dòng)(ei為k-i+1時(shí)刻預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的誤差值)。

圖2為預(yù)測(cè)補(bǔ)償控制。

圖2 補(bǔ)償控制框圖

Ppre、Pm、βout分別為預(yù)測(cè)功率、額定功率和實(shí)際給定風(fēng)機(jī)的槳距角。

控制增量Δu(k),Δu(k+1),…,Δu(k+m-1)具有多個(gè)值，因此可以充分利用其滾動(dòng)優(yōu)化效果，對(duì)未來(lái)的功率進(jìn)行多步預(yù)測(cè)，然后取平均值。

(26)

不同的風(fēng)速段，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率目標(biāo)是不一致的，因此本文采用兩種運(yùn)行模式：①當(dāng)風(fēng)速小于額定風(fēng)速時(shí)，采用最佳葉尖速比法追蹤最大風(fēng)能，同時(shí)穩(wěn)定功率的平穩(wěn)輸出；②當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速且轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速附近時(shí)，采用本文提出的隱式廣義預(yù)測(cè)控制方法提前改變槳距角，否則就采用模式①。在采用隱式廣義預(yù)測(cè)的同時(shí)根據(jù)未來(lái)帶五個(gè)采樣點(diǎn)的風(fēng)速和功率的預(yù)測(cè)給予槳距角的補(bǔ)償，從而減小預(yù)測(cè)誤差，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出功率都穩(wěn)定在額定值附近。

在模式切換方面，轉(zhuǎn)速、功率以及風(fēng)速都可以作為控制方法之間的切換判斷標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到風(fēng)速的隨機(jī)性與波動(dòng)性，為了避免控制方法的反復(fù)切換以及由此引起的功率和轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，將采用轉(zhuǎn)速和風(fēng)速相結(jié)合的方法。首先是轉(zhuǎn)速到達(dá)額定值附近，然后獲取風(fēng)速預(yù)測(cè)模塊中緊接著的幾個(gè)預(yù)測(cè)風(fēng)速，對(duì)這些有限時(shí)間內(nèi)的風(fēng)速取平均值，再結(jié)合預(yù)測(cè)模型模塊中的預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)速，共同對(duì)是否切換控制方法做出決定。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為驗(yàn)證本文所提的槳距角預(yù)補(bǔ)償調(diào)控方法的可行性，在Matlab/Simulink中對(duì)1.5MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行仿真研究。其中預(yù)測(cè)時(shí)域?yàn)?，控制時(shí)域?yàn)?，為了更貼近實(shí)際以及方便預(yù)測(cè)補(bǔ)償，選取采樣時(shí)間為0.1 s，相應(yīng)的Ppre為平均預(yù)測(cè)功率。具體風(fēng)力機(jī)組數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 風(fēng)電機(jī)組參數(shù)

實(shí)驗(yàn)分別采用階梯風(fēng)速和高風(fēng)速仿真，風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用初始為未起動(dòng)狀態(tài)，因此在前15 s左右是起動(dòng)階段，需要快速追蹤最大風(fēng)能。采用改進(jìn)的隱式廣義預(yù)測(cè)控制對(duì)未來(lái)時(shí)刻運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)時(shí)需要進(jìn)行超短期風(fēng)速預(yù)測(cè)。

3.1 階梯風(fēng)速

圖3所示為階梯風(fēng)速時(shí)的仿真結(jié)果，起始風(fēng)速是10 m/s，每隔10 s增加2 m/s直至20 m/s，然后每隔10 s減少2 m/s。在額定風(fēng)速以下時(shí)，三種方法都能夠快速追蹤最大風(fēng)能，當(dāng)風(fēng)速?gòu)?2 m/s突變到14 m/s時(shí)，風(fēng)輪受慣性影響使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速延遲幾秒到達(dá)額定轉(zhuǎn)速，此時(shí)傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)方式又受到槳距角調(diào)節(jié)滯后性的影響，出現(xiàn)了槳距角調(diào)整過(guò)大的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速出現(xiàn)小幅度下降，而輸出功率也相應(yīng)地出現(xiàn)下，隨后槳距角出現(xiàn)回落現(xiàn)象，產(chǎn)生了小幅度波動(dòng)。隱式廣義預(yù)測(cè)控制(IGPC)對(duì)此現(xiàn)象具有一定的優(yōu)化作用，但是依舊會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，相應(yīng)的Imp-IGPC則能夠抑制槳距角過(guò)調(diào)整的現(xiàn)象，減小了轉(zhuǎn)速的波動(dòng)從而平滑了輸出功率，抑制了槳距角的頻繁調(diào)整。

60 s后風(fēng)速下降時(shí)從圖3中可以明顯看出傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)方式受到槳距角調(diào)整滯后性的影響較大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率和槳距角都出現(xiàn)了較大的波動(dòng)。這是因?yàn)闃嘟钦{(diào)整不及時(shí)，出現(xiàn)了無(wú)法最大利用風(fēng)能的情況。對(duì)比PI調(diào)節(jié)，IGPC和Imp-IGPC都能夠提前對(duì)槳距角進(jìn)行調(diào)整，抑制了轉(zhuǎn)速和輸出功率的波動(dòng)，Imp-IGPC的效果相比于前兩者都更好。當(dāng)風(fēng)速?gòu)母哂陬~定風(fēng)速降到額定風(fēng)速以下時(shí)三種方法都能夠較好的實(shí)現(xiàn)功率輸出。

從整體來(lái)看，PI控制下的槳距角都過(guò)產(chǎn)生過(guò)調(diào)整現(xiàn)象，導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率的波動(dòng)，IGPC對(duì)此現(xiàn)象具有一定的抑制作用，Imp-IGPC則能夠比前兩者更好地實(shí)現(xiàn)抑制槳距角的過(guò)調(diào)整現(xiàn)象，從而達(dá)到抑制轉(zhuǎn)速波動(dòng)、平滑輸出功率的目的。本文采用的模型切換也能夠較好地實(shí)現(xiàn)切換的目的。

圖3 階梯風(fēng)速仿真結(jié)果

3.2 高風(fēng)速段

圖4為高風(fēng)速段三種控制方法所對(duì)應(yīng)的不同測(cè)量量的控制效果對(duì)比圖。

根據(jù)圖4可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)比傳統(tǒng)的PI控制方法，IGPC和Imp-IGPC都能夠?qū)嘟堑恼{(diào)整做出提前預(yù)測(cè)，從而使其提前動(dòng)作，抑制了槳距角的過(guò)調(diào)整和頻繁變化(如圖4(d)所示)。由于槳距角的提前動(dòng)作，使得IGPC控制方法能夠穩(wěn)定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，減小了由于風(fēng)速過(guò)調(diào)整以及槳距角的滯后性所帶來(lái)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。

相比于IGPC，改進(jìn)的隱式廣義預(yù)測(cè)控制能力更進(jìn)一層，能夠穩(wěn)定轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速附近小幅度波動(dòng)。由于風(fēng)速波動(dòng)和槳距角變化慢所導(dǎo)致的功率下降情況明顯減少，且下降幅度也明顯減小。尤其在風(fēng)速較大，且突變明顯的時(shí)間段(40～60s)，能夠明顯地發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是穩(wěn)定轉(zhuǎn)速、平滑功率輸出，還是抑制槳距角的過(guò)調(diào)整和頻繁動(dòng)作，改進(jìn)的隱式廣義預(yù)測(cè)控制(Imp-IGPC)的效果要優(yōu)于傳統(tǒng)PI控制和IGPC。

圖4 高風(fēng)速段仿真結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的槳距角調(diào)整具有滯后性，及其導(dǎo)致的轉(zhuǎn)速和功率波動(dòng)問(wèn)題，本文提出使用隱式廣義預(yù)測(cè)控制對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行預(yù)測(cè)控制，在此基礎(chǔ)上結(jié)合算法內(nèi)不同時(shí)刻對(duì)同一時(shí)刻點(diǎn)的預(yù)測(cè)，對(duì)隱式廣義預(yù)測(cè)輸出進(jìn)行優(yōu)化，并將其與風(fēng)速預(yù)測(cè)補(bǔ)償共同應(yīng)用于雙饋風(fēng)力發(fā)電預(yù)測(cè)控制。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的PI控制方法相比，所提控制方法具有更好的動(dòng)態(tài)特性。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)明顯降低，變槳機(jī)構(gòu)能夠更快速、更準(zhǔn)確的變槳，抑制了過(guò)調(diào)整和頻繁調(diào)整，同時(shí)抑制了輸出功率的波動(dòng)，減少了由于風(fēng)速突變和槳距角滯后帶來(lái)的功率降低的情況。綜上，該方法有利于機(jī)組在額定狀態(tài)平穩(wěn)運(yùn)行，維持電網(wǎng)可靠性，并調(diào)高風(fēng)機(jī)使用壽命。