现代控制技术在风力发电控制系统中的应用研究

晏勤++宋冬然

摘 要 社会在高速发展，能源问题日益突出，风力发电作为一种新型环保能源受到广泛关注和大力提倡，而风力发电控制系统是风力发电的一个重要环节和关键技术，将现代控制技术应用到该系统中是大势所趋，也是必然。

【关键词】现代控制技术 风力发电控制系统 应用

技术是社会发展的基础，为人类生活服务。现代控制技术是一项重要的技术，该技术在风力发电控制系统中得到了广泛的应用，并发挥出了自身独特的优势，贡献出了一定的力量，风力发电控制系统已经离不开现代控制技术。基于此，文章主要研究现代控制技术在风力发电控制系统中的应用。

1 数学知识中的微分几何控制技术在风力发电控制系统中的应用

微分几何是一项重要的数学学习内容，该内容在实际生活中有广泛的应用，将其应用到控制技术中就是一个很明显的例子，因为微分几何本质上是表示一种线性关系，所以微分几何控制技术的主要目的就是反映出正确的线性化控制情况，这一技术的工作原理是：它通过一种同胚映射对仿射型非线性系统，对该系统做出一定的处理，从而让非线性问题变成线性问题，以此向微分几何控制技术靠近转化，让这一技术得到切实可行的应用。风力发电控制系统从本质而言就是一个非线性关系的系统，因为它在运行过程中会受到大面积且无规律的风速影响，这一控制系统许多种技术参与组成，例如系统中的转矩控制和电力非直流技术采用的就是微分几何控制技术。微分几何控制技术使用在风力发电控制系统中的时候，首先需要解决的就是风力发电控制系统中的非线性关系问题，接着就是对双馈发电机提出行之有效的操作方法，通过反复研究得出最终的操作方法是对输入和输出命令做出多次反馈解耦，最后一步需要做的就是把非线性坐标转换和非线性情况反映等多种手段充分融合运用起来，通过这些步骤就可以有效实现双馈发电机磁链的活动状态解耦，实现了这些目标就可以使风力发电控制系统根据最高的效率运行，这样一来就能够在最大程度上捕获风能，从而提高风力发电的质量。假如風速大于额定值，这时候能够利用降低风力发电机的转动速度等措施从而把风力发电系统控制在某一合适的特定功率内，让其保持不变，采用了该措施就可以取代变桨距机构，从而省去了很多不必要的麻烦，还提高了工作效率。另外，通过使用数学中的微分几何知识，在运用微分几何控制技术的时候就能够及时反映出线性化转变，如此一来风力发电机的非线性关系就可以全部变成线性关系，更加易于操作和执行相关控制措施，这样就可以设计模拟出一个切实可行的模型，即合适的风力发电机组模型。还有一点，根据微分几何的相关原理可以设计出一个简单方便的控制设备，这样就可以随时实现对非恒速发电机组的恒功率控制。有一点需要引起注意的是：虽然微分几何非线性控制理论的反馈控制有很多优势和便利，但是这一控制技术在设计尤其是计算的时候有非常大的难度，一般情况下它反映输出的是一种状态向量的函数，且是变幻莫测不容易看懂的非线性函数，这种算法还有一定的局限性，比如它要求CPU具有极其高的性能，这就导致该控制理论难以得到普及。当然，随着时代发展，CPU的性能真正逐步提高，这样一来微分几何控制理论就能够更好的应用在风力发电控制系统中，微分几何控制技术会有更高的参考价值以及更加广阔的前景。

2 自适应控制技术在风力发电控制系统中的应用

自适应控制技术是一种科技含量高的控制技术，之所以把该技术应用到风力发电控制系统中来，其主要原因是风力发电控制系统中的相关运行参数和没有建立明确模型的相关环节等，它们的动态阶段变化非常快，这样一来就缺乏实际价值，而自适应控制技术就是为了改变这一局面，让这些变化和反应不会过于灵敏。在实际应用过程中，只要风力发电控制系统开始运行且有明显的变化时，自适应控制系统就能够及时捕获到这一变化情况，接着就会自动采取正确有效的措施，如调节控制器的参数，控制相关系统运行速度等，其目的就是让风力发电控制系统的作用达到最大，当达到最大作用效果的时候还要让这一效果持续不间断地保持下去，基于该技术的这些优点，因此自适应控制系统应用在了在风力发电控制的许许多多的地方，也收到了一定的实际成果。其实，风力发电控制技术也发生了一些显著的变化，如把定桨距改变成为了定桨距，传统的变速控制措施在做出切实可行的控制时，首先需要做的是建立一个相应的系统模型，问题是这种相应的模型并不是轻松简单地就可以建立起来的，因此传统的控制措施并不是很理想，作用不明显，还有待改进完善，针对这一困难局面现在就有人提出采用自适应控制器，这一方法的工作原理是：根据模型参考自适应控制把大型的方力发电机组非交流电动变桨距控制系统作为一个完整的研究对象，根据这一对象来设计一个相应系统，即高性能电动变桨距自适应控制系统，这样一来就可以让它具备良好的捕捉性能，也有了完美的服务性能。由此可见，通过自适应控制控制技术就可以最大程度地利用风能同时还可以安全运行。

3 滑膜变结构控制技术在风力发电控制系统中的应用

滑模变结构控制技术从本质上来说是一种不连续的开关型控制技术，这一技术在实际应用过程中，需要对风力发电控制体统的控制状态在任意时间都能够进行迅速的切换，该技术有其自身鲜明独到的特点：随时切换、对风力发电控制系统的参数变化反应不敏感、设计起来非常轻松、实现起来也极其简单等，这些自身的独特优点正是风力发电控制系统中所需要的，是一种非常好的操作措施。滑模变结构控制技术可以在最大程度上减轻多种因素对双馈感应电机的影响，这些因素包括参数误差、外界条件干扰等，提高控制性能。把这项技术充分合理地应用到风力发电控制系统中，可以让风力发电机组在运行工作过程中处在一种最好的状态，从而捕获更多的风能。

4 结语

通过文章的一些研究，人们对现代控制技术在风力发电控制系统中的应用就会有更加清晰明确的认识，从而让现代控制技术的应用更加成熟完善，给风力发电控制系统和人们生活提高更优质的服务。

参考文献

[1]任丽娜，焦晓红，邵立平.风力发电机速度跟踪自适应控制研究[J].太阳能学报，2013，30（10）：1234-1239.

[2]郑雪梅，李琳，徐殿国.双馈风力发电系统低压过渡的高阶滑膜控制仿真研究[J].中国电机工程学报，2013，32（27）：178-183.

作者单位

广东明阳风电产业集团有限公司 广东省中山市 528400