現代控制技術在風力發電控制系統中的應用

　　摘 要：由于風力發電系統的被控對象具有高度非線性、時變、多變量、強耦合的特點，控制系統是風力發電系統的重要組成部分，本文介紹了現代控制技術，如專家系統、微分幾何控制、自適應控制、滑模變結構控制、最優控制、模型預測控制、H ∞魯棒控制、人工神經網絡控制、模糊控制及綜合智能控制在風力發電 控制中的應用，特別是在變槳距控制、轉矩控制和變流控制中的應用研究，指出風力發電控制技術存在的問題及未來技術發展 趨勢。
　　1 引言
　　控制是風電機組安全有效運行的關鍵，作為主流機型的變速變距型風電機組，其控制系統可以分成三個子系統：變槳距控制、轉矩控制和變流控制。機組主要的控制目標可以歸納為兩個方面，一是風電機組在整個運行范圍內穩定可靠地按預定軌跡運行，二是優化機組的運行性能，提高機組的發電效率與發電質量，減小機組的機械載荷。變槳距控制可以有效減小機組動態載荷，保證在額定風速以上時，輸出功率恒定；轉矩控制可以提高機組的發電效率，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電質量；故障診斷技術可以保證機組安全有效地運行。轉矩控制和變槳距控制都屬于機組優化運行的關鍵技術，也是當前機組智能控制策略應用的研究熱點，三種控制結合起來，可以達到良好的控制效果。
　　風電機組是一個復雜多變量非線性系統，且有不確定性和多干擾等特點，含有未建模或無法準確建模的動態部分，對這樣的系統實現有效控制是極為困難的。隨著電力電子技術及微型計算機的發展，先進控制方法在風力發電控制系統中的應用研究幾乎遍及系統的各個領域，不少價值的研究論文見諸于國內外學術會議、學術刊物上，取得了一批有價值的成果。本論文針對現代控制技術在風電控制系統中的應用進行綜述，旨在探索風電控制中存在的問題及控制技術的發展方向。
　　2 專家系統在風力發電系統中的應用
　　專家系統是一種可以有效處理知識的智能推理程序，實際上就是根據現有條件模擬人類對各種現象的推理、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，利用領域專業知識和經驗對系統的各種模式進行判別和推理，能夠很好地處理領域知識和經驗，并具有很強的解釋功能，因此，非常適合用于對故障產生原因的診斷。
　　風電機組是由風輪、機艙、塔架、發電機、驅動鏈、偏航裝置、控制柜等多部分組成的系統，任何一個環節發生故障都會影響整個機組的安全運行，專家系統多用于風電機組的故障診斷中。通過建立風電機組機艙故障診斷專家系統模型，結合模糊控制，對風力機機艙故障征兆與原因的不確定性進行診斷，準確迅速的找到故障原因，從而提高風力機機艙故障診斷專家系統運行時的快速性；通過對機組電流信號進行分析并提取其特征向量，結合BP 神經網絡系統與專家系統的優勢，建立故障診斷模型，實現以電流信號作為故障診斷的基本信號進行故障診斷；專家系統可以有效地診斷風力機振動故障，可開發局部振動監測和實時故障診斷的整個系統。
　　在研究不同風電機組不同工作區域的轉矩控制、變槳距控制等基礎上，提出并闡述了基于專家決策系統的整機各控制器之間的協調控制策略，提高了風電機組的發電質量；提出的模糊專家系統，能夠可靠地預測風電場的風速和輸出功率；專家系統也應用于海上風電場的可用性和可維護費用的確定上，可以快速、方便地處理海上風電場的供應情況和維修成本，可以降低投資成本，增加可靠性。
　　專家控制系統與傳統控制理論和方法的有機結合，是專家控制系統的研究方向。由于風電機組本身是一個復雜的系統，誘發機組振動的原因較多，導致故障環節很多，且很可能出現多種故障。主要應用于故障診斷領域的專家系統受自身理論的影響，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、綜合應用的方向發展。