信息化控制技术在风力发电控制系统中的运用

郝雅楠

（中广核风电有限公司内蒙古分公司，内蒙古 呼和浩特　010010）

信息化控制技术在风力发电控制系统中的运用

郝雅楠

（中广核风电有限公司内蒙古分公司，内蒙古 呼和浩特010010）

在现代风力发电技术的迅速发展进程中，风力发电控制系统不断丰富，风力发电机组的类型也日益扩展，尤其是电子功率变换技术的出现，极大地推动了风力发电控制系统，使之成为了具有一定优势的技术，在风力发电系统的控制结构之中，可以采用现代信息化控制技术，如：专家系统、自适应控制、模型预测控制、人工神经网络控制等，进行综合性的智能控制和应用，是风力发电控制系统安全有效运行的关键，是当前研究的热点，具有良好的控制应用效果。

信息化；控制技术；风力发电

风力发电机组是一个复杂多变量的非线性系统，它具有自身独特的特点，存在不确定性和多干扰的特性，并且有未建模或没有准确建模的动态部分，因此，对风力发电机组系统的有效控制是较为困难和复杂的，在现代科技不断进步的发展进程中，可以运用各种信息化的智能控制技术，实施对风力发电控制系统的控制和应用。

1　专家系统在风力发电控制系统中的智能化应用

专家系统是一种对知识进行有效处理的智能推理程序，它是基于符号系统之下的推理系统，有极为强大的解释功能，对风力发电控制系统中的各种模式进行判定和推理，适用于对系统故障原因的诊断和判定。

风力发电控制系统中的风电机组由多个部分组成，包括：风轮、机舱、塔架、驱动链、偏航装置等，专家系统控制技术可以应用于风力发电机组的故障诊断，在建构风力发电机组的专家故障系统模型的前提下，与模糊控制技术进行整合运用，准确而快速地判定出风力发电控制系统的故障原因，并在对机组电流信号进行分析的前提下，对其特征向量进行信息提取，基于机组电流信号进行故障诊断。

2　微分几何控制技术在风力发电系统中的运用

这种信息化控制技术的内核在于反馈精确线性化，在风力发电控制系统的大范围风速扰动的非线性系统中，微分几何控制主要应用于转矩控制和变流技术中，提出非线性的多输入和多输出状态反馈解耦控制方案，对风力发电控制系统中的双馈发电机的磁链和转速两个子系统，实现动态完全解耦，并且当风速超过额定值时，要降低风力发电机组的转速，不能使用过于复杂的变桨距机构，要在微分几何反馈线性变换的条件下，实现风力发电机的非线性模型全局线性化，实施变速风力发电机组的恒功率控制。这种技术的算法较为复杂，对于计算机的功能要求较高，还有一定的实践应用限制性。

3　自适应控制信息化技术在风力发电系统中的应用

自适应控制智能信息化技术要关注过程参数的变化状态，它需要对过程参数的变化进行感知，并实时地调节控制器的参数，在建构有效系统模型的条件下，实施对系统的有效控制，这种系统模型建构较为复杂，要设计一个高性能的电动变桨距自适应控制系统，实现良好的追踪。

随着科技的进步和发展，DFIM无速度传感器矢量控制技术成为了焦点，它可以在风力发电控制系统中，实现双馈风力发电机并网前后的无速度传感器控制，在这个技术之下，可以良好地追踪给定的速度曲线，在良好的动态特性前提下，实现风能的最大化安全利用和运行，它的追踪控制策略主要在于对风速的预测，在权衡最大风能捕获和机械疲劳造成的损耗最小两个指标下，由自适应控制器组成自校正调节器，实施对风力发电控制系统的运行状态预测，并进行补偿控制。

4　最优控制智能技术在风力发电控制系统中的应用

由于风力发电控制系统中的随机扰动较大，不确定的因素较多，因而，可以采用最优控制技术，用优化系统的数学模型，实现有效的控制，它不同于局部线性化的方法，可以最大程度地实现精确解耦线性化，采用线性最优控制，实现最大风能的捕获。

由于风力发电机在运行过程中，其转子电流变化剧烈，这与电功率波动小的需求相矛盾，为了对这个矛盾进行折衷处理，可以采用最优控制技术的方式，设计最优功率输出调节器，抑制大功率负载投切引起的母线电压扰动，通过控制风力发电机转子转速的追踪风速变化，保持最优叶尖速比，从而实现额定风速之下风能的最大捕获。

5　人工神经网络技术在风力发电控制系统中的应用

人工神经网络又称为非线性映射，它具有自适应性和自组织性，有极强的鲁棒性和容错能力，可以利用时间序列对短期的风速实施预测，通过选择神经网络的输入变量，在多层反向传播BP神经网络和广义回归神经网络的运用下，实现对风速序列的预测。这种智能化技术和策略可以减少功率的波动，预测出风电场的发电量，即使是在不确定性系统中也能进行稳定的运行。人工神经网络智能技术还可以与模糊逻辑技术相结合，用于载荷频率控制，从而获得较好的控制效果。

总而言之，由于风速的随机性和不确定性，风力发电控制系统也具有复杂、强非线性的特征，传统的控制方法无法达到最佳的控制效果。而如果采用智能化信息控制技术，则可以实施良好的控制，捕获最大的风能，并且在未来的趋势中，还要利用控制减小风力发电机组的载荷，延长风力发电机组的寿命，引领风力发电控制系统向纵深发展。

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Application of Information Control Technology in Control System of W ind Power

HAO Ya-nan

（Inner Mongolia Branch of CGNPC Wind Power Co.，LTD.，Hohhot，Inner Mongolia 010010，China）

In the process of the rapid development of modern wind power technology，the wind power control system is becoming rich and the type of wind turbine is increasingly expanded，especially the emergence of electronic power conversion technology has greatly promoted the wind power control system，making it an advantageous technology in the control structure of wind power system.Modern information control technology can be used in control structure of wind power supply system，such as：expert system model，adaptive control，predictive control，artificial neural network control and so on，which are comprehensive；y intelligent controlled and applied，which is the key to safe and effective operation of wind power control system and a hotspot at present with good control effect.

information technology；control technology；wind power generation

TM614

A

2095-980X（2016）09-0025-02

2016-08-08

郝雅楠（1985-），女，内蒙古呼和浩特人，大学本科，工程师，主要研究方向：风力发电方向。