五、控制技術(shù)

風(fēng)能是一類清潔無(wú)污染的可再生能源，是目前最具大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用前景的能源。但由于風(fēng)能本身存在隨機(jī)性、間歇性的特點(diǎn),發(fā)電質(zhì)量受風(fēng)速、風(fēng)向變化和外界干擾的影響很大，而且，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常設(shè)在風(fēng)能豐富的地區(qū)，如邊遠(yuǎn)地區(qū)，海島甚至海上,要求能夠無(wú)人值班運(yùn)行和遠(yuǎn)程監(jiān)控，這對(duì)發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)可靠性要求很高。所以，控制技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電的最關(guān)鍵技術(shù)之一。

1.最優(yōu)控制

最優(yōu)控制是尋求使得動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的控制，是現(xiàn)代控制理論的一個(gè)重要組成部分。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所應(yīng)用的控制方法中，最優(yōu)控制技術(shù)應(yīng)用最早，相對(duì)比較成熟。但由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的本質(zhì)非線性，自然風(fēng)風(fēng)速和風(fēng)向的隨機(jī)性以及風(fēng)機(jī)的尾流效應(yīng)，不確定因素很多，而最優(yōu)控制的實(shí)現(xiàn)必須有一個(gè)精確數(shù)學(xué)模型為控制器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，這對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)未免要求過(guò)高，將最優(yōu)控制策略與其它控制方法，如與模糊邏輯控制、魯棒控制方法結(jié)合起來(lái)的混合控制技術(shù)，可有效解決風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的各類關(guān)鍵控制問(wèn)題：提高風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率、改善電能品質(zhì)、減小柔性風(fēng)電系統(tǒng)傳動(dòng)鏈上的疲勞負(fù)載等。

2.滑?？刂?/p>

滑模變結(jié)構(gòu)控制本質(zhì)上是一種不連續(xù)的開(kāi)關(guān)型控制，這種控制策略與其他控制的不同之處在于系統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)”并不固定，而是可以在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)(如偏差及其各階導(dǎo)數(shù)等)有目的地不斷變化，迫使系統(tǒng)按照預(yù)定“滑動(dòng)模態(tài)”的狀態(tài)軌跡運(yùn)動(dòng)。滑?？刂凭哂锌焖夙憫?yīng)、對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化及擾動(dòng)不敏感、無(wú)需系統(tǒng)在線辨識(shí)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)良特性。采用滑?？刂剖癸L(fēng)力發(fā)電機(jī)始終工作在滑動(dòng)面上，減少其牽引過(guò)程，可使系統(tǒng)在整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程中對(duì)參數(shù)攝動(dòng)和負(fù)荷擾動(dòng)具有很強(qiáng)的魯棒性。此外，將滑動(dòng)?？刂茟?yīng)用于風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)控制器中，可實(shí)現(xiàn)低速下的可靠發(fā)電控制。當(dāng)風(fēng)中的有效功率較低時(shí)，風(fēng)力機(jī)工作于正常與失速兩種模態(tài)。滑動(dòng)?？刂拼嬖谇袚Q抖動(dòng)，會(huì)對(duì)風(fēng)力機(jī)械設(shè)備造成沖擊。以力矩為控制信號(hào)，采用積分型滑動(dòng)?？刂坡?，能有效地解決滑動(dòng)模的切換抖動(dòng)。

3.自適應(yīng)控制

自適應(yīng)控制的目標(biāo)是自動(dòng)補(bǔ)償在模型階次、參數(shù)和輸入信號(hào)方面非預(yù)知的變化。自適應(yīng)控制系統(tǒng)需要不斷進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，和參數(shù)的辨識(shí)或系統(tǒng)性能的指標(biāo)的度量，以便得到系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的改變情況，按一定的規(guī)律確定當(dāng)前的控制策略，在線修改控制器的參數(shù)或可調(diào)系統(tǒng)的輸入信號(hào)。自適應(yīng)控制器用以改善風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在較大運(yùn)行范圍中功率系數(shù)的衰減特性。在自適應(yīng)控制器中，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)的輸入輸出值，實(shí)時(shí)估計(jì)出控制過(guò)程中的參數(shù)，因此控制器中的增益是可調(diào)節(jié)的。超前自適應(yīng)控制方法控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和齒輪箱的靜態(tài)增益，在負(fù)載與風(fēng)速變化時(shí),控制方法具有可靠快速響應(yīng)和有限的最大跟蹤誤差。非線性自適應(yīng)控制理論對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)行變速控制，在不增加風(fēng)能系統(tǒng)機(jī)械復(fù)雜性的條件下，自動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組電壓，此控制方法可在獲得平穩(wěn)漸進(jìn)的轉(zhuǎn)子速度跟蹤的基礎(chǔ)上達(dá)到最大風(fēng)能捕獲的目的。文獻(xiàn)[8]提出了一種應(yīng)用于變速風(fēng)力渦輪控制系統(tǒng)中的自適應(yīng)控制策略。由于渦輪轉(zhuǎn)矩是時(shí)變非定常的，自適應(yīng)控制律用來(lái)提供渦輪轉(zhuǎn)矩的估計(jì)值。同時(shí)，還設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)反饋線性化控制器，以保證整個(gè)風(fēng)力渦輪控制系統(tǒng)線性化。仿真結(jié)果表明，無(wú)論風(fēng)力狀況如何變化,該控制器都能確保獲得最大風(fēng)能，控制方法行之有效。

除了以上三種控制方法外，還有很多的控制方法在不斷的應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電中，但是每種控制方式都有一定的缺點(diǎn)。采用兩種或多種先進(jìn)控制方法的混合控制,如模糊自適應(yīng)控制、自適應(yīng)魯棒控制、PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，將是今后風(fēng)電系統(tǒng)的控制研究方向。