現(xiàn)代控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　摘 要：由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的被控對象具有高度非線性、時變、多變量、強耦合的特點，控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，本文介紹了現(xiàn)代控制技術(shù)，如專家系統(tǒng)、微分幾何控制、自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、最優(yōu)控制、模型預(yù)測控制、H ∞魯棒控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制及綜合智能控制在風(fēng)力發(fā)電 控制中的應(yīng)用，特別是在變槳距控制、轉(zhuǎn)矩控制和變流控制中的應(yīng)用研究，指出風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)存在的問題及未來技術(shù)發(fā)展 趨勢。
　　1 引言
　　控制是風(fēng)電機組安全有效運行的關(guān)鍵，作為主流機型的變速變距型風(fēng)電機組，其控制系統(tǒng)可以分成三個子系統(tǒng)：變槳距控制、轉(zhuǎn)矩控制和變流控制。機組主要的控制目標(biāo)可以歸納為兩個方面，一是風(fēng)電機組在整個運行范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠地按預(yù)定軌跡運行，二是優(yōu)化機組的運行性能，提高機組的發(fā)電效率與發(fā)電質(zhì)量，減小機組的機械載荷。變槳距控制可以有效減小機組動態(tài)載荷，保證在額定風(fēng)速以上時，輸出功率恒定；轉(zhuǎn)矩控制可以提高機組的發(fā)電效率，同時可有效減小機械傳動載荷；變流控制可以保證機組的發(fā)電質(zhì)量；故障診斷技術(shù)可以保證機組安全有效地運行。轉(zhuǎn)矩控制和變槳距控制都屬于機組優(yōu)化運行的關(guān)鍵技術(shù)，也是當(dāng)前機組智能控制策略應(yīng)用的研究熱點，三種控制結(jié)合起來，可以達到良好的控制效果。
　　風(fēng)電機組是一個復(fù)雜多變量非線性系統(tǒng)，且有不確定性和多干擾等特點，含有未建模或無法準(zhǔn)確建模的動態(tài)部分，對這樣的系統(tǒng)實現(xiàn)有效控制是極為困難的。隨著電力電子技術(shù)及微型計算機的發(fā)展，先進控制方法在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究幾乎遍及系統(tǒng)的各個領(lǐng)域，不少價值的研究論文見諸于國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議、學(xué)術(shù)刊物上，取得了一批有價值的成果。本論文針對現(xiàn)代控制技術(shù)在風(fēng)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進行綜述，旨在探索風(fēng)電控制中存在的問題及控制技術(shù)的發(fā)展方向。
　　2 專家系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用
　　專家系統(tǒng)是一種可以有效處理知識的智能推理程序，實際上就是根據(jù)現(xiàn)有條件模擬人類對各種現(xiàn)象的推理、分析以及決策等地思考過程；它是一種基于符號的推理系統(tǒng)，利用領(lǐng)域?qū)I(yè)知識和經(jīng)驗對系統(tǒng)的各種模式進行判別和推理，能夠很好地處理領(lǐng)域知識和經(jīng)驗，并具有很強的解釋功能，因此，非常適合用于對故障產(chǎn)生原因的診斷。
　　風(fēng)電機組是由風(fēng)輪、機艙、塔架、發(fā)電機、驅(qū)動鏈、偏航裝置、控制柜等多部分組成的系統(tǒng)，任何一個環(huán)節(jié)發(fā)生故障都會影響整個機組的安全運行，專家系統(tǒng)多用于風(fēng)電機組的故障診斷中。通過建立風(fēng)電機組機艙故障診斷專家系統(tǒng)模型，結(jié)合模糊控制，對風(fēng)力機機艙故障征兆與原因的不確定性進行診斷，準(zhǔn)確迅速的找到故障原因，從而提高風(fēng)力機機艙故障診斷專家系統(tǒng)運行時的快速性；通過對機組電流信號進行分析并提取其特征向量，結(jié)合BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與專家系統(tǒng)的優(yōu)勢，建立故障診斷模型，實現(xiàn)以電流信號作為故障診斷的基本信號進行故障診斷；專家系統(tǒng)可以有效地診斷風(fēng)力機振動故障，可開發(fā)局部振動監(jiān)測和實時故障診斷的整個系統(tǒng)。
　　在研究不同風(fēng)電機組不同工作區(qū)域的轉(zhuǎn)矩控制、變槳距控制等基礎(chǔ)上，提出并闡述了基于專家決策系統(tǒng)的整機各控制器之間的協(xié)調(diào)控制策略，提高了風(fēng)電機組的發(fā)電質(zhì)量；提出的模糊專家系統(tǒng)，能夠可靠地預(yù)測風(fēng)電場的風(fēng)速和輸出功率；專家系統(tǒng)也應(yīng)用于海上風(fēng)電場的可用性和可維護費用的確定上，可以快速、方便地處理海上風(fēng)電場的供應(yīng)情況和維修成本，可以降低投資成本，增加可靠性。
　　專家控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制理論和方法的有機結(jié)合，是專家控制系統(tǒng)的研究方向。由于風(fēng)電機組本身是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，誘發(fā)機組振動的原因較多，導(dǎo)致故障環(huán)節(jié)很多，且很可能出現(xiàn)多種故障。主要應(yīng)用于故障診斷領(lǐng)域的專家系統(tǒng)受自身理論的影響，或受故障樣本集相對不足的制約，必然朝著與其他控制理論交叉、綜合應(yīng)用的方向發(fā)展。