关于风力发电机组的非线性自适应控制方法探讨

王迪

[摘 要]对风力发电机组的非线性自适应控制方法进行研究，能够有效提高风力发电机组的应用质量。基于此，本文将对风力发电技术以及非线性自适控制技术进行分析，并对风力发电机组的非线性自适控制方法进行研究，其中主要包括最大功率捕捉、不确定风速测量下的功率捕捉、双馈感应风力发电机控制以及非线性自适应变桨控制四方面内容。

[关键词]风力发电机组；非线性自适应控制；功率捕捉

中图分类号：S655 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0353-01

前言

随着地球上不可持续能源越来越少，能源使用问题逐渐成为人们关注的重点问题，同时能源的拥有量在某种程度上代表着一个国家的发展程度。另外，随着时代的发展，人们对能源的需求量也越来越大，这就需要对不可再生能源进行有效管理，对可再生能源进行充分利用。其中风力属于可再生能源，风力资源的分布较为广泛，由此可以对其进行有效利用。风力资源应用最广的领域就是风力发电，在风力发电中，最关键的一项技术为控制技术的应用，本文将对风力发电中非线性自适应控制方法进行重点研究。

一、风力发电技术以及非线性自适控制技术

风力发电技术主要涉及到控制技术、机械工程技术、电机学技术以及微电脑技术等多项技术，目前，风力发电技术在我国已经得到良好的发展，已经由最初的几十千瓦发展到现在的几兆千瓦，并且我国的风力发电技术已经开始向海洋领域发起挑战。其中风力发电机组主要包括以下几种结构，如空气动力学系统、机械系统、电气系统、执行系统以及控制系统等，其中执行系统以及控制系统中采用的设备为执行器以及控制器，电气系统采用的设备为发电机，机械系统采用的设备为传动机，他们共同组成了风力发电系统。目前，我国由于国土面积辽阔，因此具有广泛的风力资源，无论是在陆地上还是海上，都可以采用风力发电技术进行发电。但是由于地形因素的影响，我国风力资源的分布情况并不均匀，这就导致我国部分地区不能够使用风力发电技术，风力资源主要存储在我国北部以及沿海地区。近几年，我国风力发电技术取得了巨大的进步，我国在2013年新装机的容量较比上一年来说取得了明显的增长，容量约为16.5GW，同时成本也有所下降，平均成本在4000/KWH，占我国总发电量的比重也有所增加，满负荷运行的时间已经达到了2080小时，根据以上数据能够得出，我国风力发电技术始终处于稳定增长的状态。

控制技术是风力发电中应用的关键技术，目前，我国控制技术已经取得了较大的进步，同时随着时代的发展而发展，不断缩短我国与先进国家的技术水平。我国发电机的控制技术实施的主要方式是利用控制软件进行的，其中主要应用仿真软件技术，对最终运行质量影响最大就是技术实施的有效性[1]。

二、风力发电机组的非线性自适控制方法

（一）最大功率的捕捉

最大功率捕捉主要针对风速的不同进行研究，由于风力发电机组的工作地点不同，因此在实际工作中的风速也不同，为了保证最终发电质量，可以将风力发电机组分为两部分进行，一部分为低风速发电机，另一部分为高风速发电机，通过对其中最大风能进行捕捉计算，能够计算出其中发电的最大功率，这种控制技术与传统的控制技术相比具有灵活性，在实际控制过程中，可以根据发电机组的实际运行情况进行数据变换，最终实现稳定的性能指标，这种方式能够将运行过程中的误差降到最低点。在对其中控制器进行设计选择的过程中，控制器要保证系统在运行过程中的超调量小于3×105W，平均风速在9M/S，运行误差在-2000W-4000W之间，只有满足以上要求的控制器，才能够将其应用在运行系统中。

（二）不确定风速测量下的功率捕捉

上文介紹了在高风速以及低风速两种情况中应该使用的控制技术，本段将对风速不确定的情况下，使用何种技术进行判断，其中，导致风速测量不确定的原因主要包括风速测量中的噪音等影响因素，在此过程中，主要通过跟踪器对风速测量中的变化值进行测量。在气动转轴不知道的情况下，应用自适用控制器能够对系统中的参数进行识别，这种方式不需要对系统中的数据进行事先熟悉，能够对其直接进行识别。如果不知道系统中的启动转矩，则可以利用在线学习器对系统中气动转轴的变化进行测量，并将测量结果制定成一个动态变化图，这种方式能够避免控制器在运行过程中对其产生依赖作用。由此可以看出，在风速不确定的情况下，利用以上两种类型的控制器，都能够对系统进行有效控制，进而保证风力电机组的发电质量。

（三）双馈感应风力发电机控制

在双馈感应风力发电控制中，主要对其中的控制目标进行分类，将目标大致分为有功调节以及无功调节两种，其中有功调节的控制目标主要是将该系统在运行过程中获得较多的能量，无功调节控制目标主要是根据实际情况制定相应的无功功率，其中主要包括电网的实际需求对电网进行跟踪测量。为了优化系统中的有功功率，主要采用的方式为自适应技术，利用该技术对系统中的电磁转矩进行跟踪测量，并对其进行计算，最终得出参考转矩。为了优化无功功率系统中的自适应控制器，需要对系统中的无功功率轨迹进行测量，这种方式能够对系统的运行状态进行实时监控。在对该系统中的风力发电机进行控制计算的过程中，主要采用的算法为上下界误差算法，利用这种算法能够对无功以及有功两种类型的系统进行控制计算，这种方式能够提高系统整体的运行效率。

（四）非线性自适应变桨控制

非线性自适应变桨控主要针对的是在高风时段系统中的控制问题，在此过程中发电机中的转矩需要维持在一个稳定的状态，通过对系统中浆距进行调节的方式对系统进行跟踪测量，这种方式能够对风力发电机组中的发电功率进行限制，进而保证风力发电机组在运行过程中的安全性。但是在该阶段，由于其中环境具有较强的变化性，因此在建立仿真模型的过程中，无法将显示变量作为其主要的控制信号，这就为仿真系统的建立提供一定难度。针对这一现象，有关人员在神经网络学的基础上制定了一种智能变桨方法，这种方式不仅能够对系统的不确定因素进行有效管理，同时还能将系统中的风轮转速保持在一定的范围内，提高系统运行的稳定性以及有效性[2]。

结论

综上所述，随着人们对风力发电机组非线性自适应控制方法的重视程度越来越高，如何提高风力发电机组的应用质量，成为有关人员关注的重点问题。本文通过对风力发电机组分非线性自适应控制方法进行研究发现，对其进行研究，能够有效提高风力发电机组的应用质量，同时还能够提高我国整体风力发电系统的控制质量。由此可以看出，对风力发电机组的非线性自适应控制方法进行研究，能够为今后风力发电机组控制质量今后的发展奠定基础。

参考文献

[1] 李丹.风力发电机组故障特征及基于警报信号的故障诊断研究[D].南京理工大学，2017.

[2] 刘刚.关于风力发电机组变流器技术的探究[J].科技展，2016，26（17）：91-92.