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

　　由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是個典型的多變量、強(qiáng)耦合、非線性系統(tǒng)，不易進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)建模，這樣一來，通過常規(guī)方法進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性與有效性大大降低。然而，模型預(yù)測控制技術(shù)恰恰是針對這一類問題而提出的，它可以通過數(shù)學(xué)算法對系統(tǒng)模型進(jìn)行估計(jì)，得到預(yù)測模型，再通過預(yù)測模型設(shè)計(jì)控制算法，對風(fēng)電機(jī)組實(shí)施合理、有效的控制，以便改善運(yùn)行可靠性、提高運(yùn)行效率。
　　在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)資源是整個系統(tǒng)源動力，它的隨機(jī)性和多變性是不容忽視的，對于風(fēng)資源進(jìn)行預(yù)測是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的首要問題，使用模型預(yù)測算法對風(fēng)速進(jìn)行預(yù)測，對于風(fēng)電機(jī)組控制可以起到關(guān)鍵作用。為了提高風(fēng)電場短期風(fēng)速預(yù)測的精確度，可以將小波分解法、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夥白钚《酥С窒蛄繖C(jī)相結(jié)合等其他方法對風(fēng)速時間序列進(jìn)行短期多步預(yù)測建模，并且可以通過風(fēng)電場風(fēng)速容許區(qū)間預(yù)測方法來解決單次預(yù)測誤差過大的問題。
　　通過預(yù)測控制算法對風(fēng)力機(jī)變槳距系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，預(yù)測控制過程可以采用雙模型切換來解決由于電液比例變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)的差動回路設(shè)計(jì)和風(fēng)力負(fù)載的單方向性造成槳葉順槳和逆槳時系統(tǒng)模型不一致的問題。進(jìn)行變槳距控制后，再依據(jù)運(yùn)行工況進(jìn)行模型預(yù)測控制，不但解決了風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)模型難以精確建立的困難，而且去除了可測量的主要外擾——風(fēng)速隨機(jī)變化對系統(tǒng)動態(tài)控制品質(zhì)的影響，從而提高了變距系統(tǒng)的響應(yīng)快速性和抗干擾能力。
　　此外，還可以從風(fēng)力機(jī)運(yùn)行特性出發(fā)，結(jié)合風(fēng)力機(jī)在不同工況點(diǎn)的非線性模型，提出了先進(jìn)的控制算法的非線性模型預(yù)測控制（NMPC）來實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及風(fēng)力機(jī)全工況運(yùn)行的最優(yōu)控制，獲得最大功率輸出。將數(shù)據(jù)挖掘算法和模型預(yù)測控制結(jié)合起來控制風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，可以對風(fēng)速、湍流強(qiáng)度以及輸出功率等目標(biāo)實(shí)現(xiàn)良好的控制。在變流器來控制方面，應(yīng)用線性模型預(yù)測控制器提供關(guān)鍵的控制信號來控制整流逆變器的觸發(fā)角來調(diào)節(jié)直流電壓，并且盡可能地減小理論電壓值與實(shí)際電壓值之間的差值，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，提高發(fā)電質(zhì)量。
　8 H∞魯棒控制在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

魯棒控制理論是在H 空間( 即Hardy 空間)，通過某些性能指標(biāo)的無窮范數(shù)優(yōu)化而獲得具有魯棒性能的控制器的一種控制理論。將魯棒控制理論用于風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行控制應(yīng)是最佳的選擇。因?yàn)轱L(fēng)能在不斷隨時間變化，對于風(fēng)電機(jī)組任何一個子系統(tǒng)，當(dāng)風(fēng)能激勵時，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)的能量增益最小，也就是的范數(shù)最小時，控制系統(tǒng)輸出的不穩(wěn)定力也最小，并保證系統(tǒng)按照既定的目標(biāo)軌跡運(yùn)行。
　　風(fēng)能是一種波動性能源，風(fēng)速脈動往往引起風(fēng)電系統(tǒng)輸出功率脈動。變槳距風(fēng)電系統(tǒng)功率控制系統(tǒng)的參數(shù)具有擾動性，對于槳距控制器的設(shè)計(jì)，針對系統(tǒng)參數(shù)的不確定性提出逆系統(tǒng)魯棒補(bǔ)償方法以抑制系統(tǒng)參數(shù)的擾動，可以在風(fēng)速任意波動條件下有效地控制風(fēng)電系統(tǒng)的輸出功率水平，并且對參數(shù)化和非參數(shù)化擾動具有較強(qiáng)的魯棒性。采用基于動態(tài)逆的非線性內(nèi)模控制方法設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組在額定風(fēng)速以上工作時的槳距角魯棒控制律，可以使輸出功率維持在額定值附近。利用非線性魯棒控制技術(shù)設(shè)計(jì)的控制器，既可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出有功功率和無功功率魯棒解耦控制，同時使轉(zhuǎn)子勵磁控制具有魯棒干擾抑制作用。
　　在風(fēng)速和風(fēng)向不斷變化的情況下，捕獲最大風(fēng)能、提高風(fēng)能利用率是高效風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)要解決的問題之一。采用魯棒PID 控制器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，可以使變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)風(fēng)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，而且依靠變速控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)低風(fēng)速區(qū)的最大風(fēng)能跟蹤和高風(fēng)速區(qū)的恒功率控制。由于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)受風(fēng)能不確定性和不穩(wěn)定性的影響，采用魯棒控制方法設(shè)計(jì)的控制器，使系統(tǒng)對參數(shù)不確定性及負(fù)載擾動具有較強(qiáng)的魯棒性，并且能快速地跟蹤風(fēng)速，提高風(fēng)能利用率。