风力发电机组控制技术研究李斌

风力发电机组控制技术研究李斌

李斌

（国华(乾安)风电有限公司吉林省131400）

摘要：如今，人们解决能源和环境问题迫在眉睫，有些资源有限，还会产生许多污染。所以，世界各地都在关注可再生能源，而风电有许多优点，所以，利用可再生能源已成为各国的重点发展方向。我国的风能资源并不匮乏，所以开发潜力很大。我国的风力发电产业和控制技术的发展很快，因而，通过分析现阶段我国风力发电的情况和控制技术水平的发展情况，为实现可持续发展战略提供一些有价值的信息。

关键词：风力；发电机组；控制技术

1问题分析

1.1风能能源的评估有待完善

对于风能资源进行评估并以此制定风力发电的规划是我国风力发电进行管理的基础。目前我国的相关机构在开展的风力能源评估还处于有点完善的状态，距离世界上的发达国家还存在明显的差距，因此，开展对于风力发电的相关资料整理以及重新进行调查评估是非常有必要的，相关部门应该更加严格的对我国沿海地区和内陆地区的风力分别进行检测和评估，同时还需要不断对我国现有的风力发电场所产能进行更科学合理的长远规划。

1.2自主创新需要提升

在目前我国对于风力发电产业生态圈建设尚未完成的过程中，我国的企业对于大型兆瓦发电机的信息技术吸收还没有充分进行。与此同时，我国对于风力发电机组中的核心设备和相关零件还无法进行自主生产，这是制约我国风力发电发展的关键问题。因此更快地进行我国风力发电设备制作的自主创新，同时加强完整知识产权的风力发电机组设备的研究，都是保障我国风力发电事业发展的重要目标。

1.3国家电力网络与风力发电的发展不协调

目前我国电力网络设施的管理和运用并没有与风力发电产生足够的协调性。在风力发电场所接入电网的工作并没有很好地得到完成，整个国家电网的发展规划也缺乏对于风力发电场所的重视。就这个问题，还需要我国的政府相关部门更好地制定相应的管理办法，从而保证风力发电场所与国家电网之间可以共同协调发展，更好地为风力发电的发展提供保障。

1.4电价制定需要重新规划

在目前的供电市场中，风力发电项目经常面临亏损的危机。造成这种情况的主要原因在于我国的电价制定，只有政府进行充分的规范和引导，同时为风力发电提供一些优惠的政策。目前风力发电的电价过低，使得投资方在工程中的经济效益明显降低，这也是我国风力发电发展缓慢的重要原因。

2我国风力发电的现况

我国风力发电的发展在技术方面上分为三步，一是引进新技术，二是把技术消化吸收三是进行自主创新。现如今，在这方面我国以快速发展起来。例如，我国的风力制造业不断提升。还有随着国内5WM容量等级风电产品的不断改进，我国的兆瓦级机组在风力发电市场被大量使用。虽然我国的风力发电机组制造业和配置零组件的发展足以满足所需，但是一些高级配置仍然需要从国外进口。所以，培养自主创新能力和不断探索新技术迫在眉睫。

目前，是创新的年代，是需要快速发展的时代，新能源就是一个活生生的例子。作为新能源的一个重要部分，风力发电近年来的发展越来越好。全球的能源越来越少，之前的能源已经不足人们也已经意识到了这个问题，风力发电无污染，施工时间比较短，投资也不多，而且需要的地区也不多，这就使得各个国家对其越来越关注。在风力发电系统中，并网逆电器是一个非常重要的装置，其特性的好坏决定了发电是否灵活。随着信息技术的发展，人们也将风力发电系统做出了很多改变，使其性能得到了很大改进，促进了其进一步发展。

3双馈变速恒频型风力发电机组

该种类型的发电机组可以实现对叶片桨距角的全面调节，还可以利用具备变速功能的双馈性发电机，实现恒频恒压状态下的电能输出。如果整个风速比额定风速还要低，则该种类型的发电机组便可以通过叶片桨距角以及转速变化，将发电机组的整个运行状态改善，确保输出始终保持在最大状态。如果风速超过了额定速率，人们可以通过叶片桨距角的改变，将发电机组的功率控制在额定功率范围之内，这样一来，整个风力发电机组将会得到有效控制。

4风力发电机组控制技术的分析

4.1最优控制

在风力发电过程中，其发电机组的基本组成均处于非线性、干扰较大等特点，而且由于环境的不确定性，风速变量也会呈现出一定的不规则特点，从而无法利用精确的数学控制来实现机组控制，但人们可以利用最优的系统性控制实现风力发电机组的最优控制。在该项控制技术实施过程中，可以通过线性化模型设计来实现，并通过周围工作点的精确把握，提升控制工作的控制效果。而且在该种控制技术实施过程中，可以根据具体的线性化模型设计，对周围的工作点进行快速寻找，与此同时，还能通过大范围的反馈内容，对偶线性化实现精确性破解，以此来实现风力和风能的全面性捕捉。另外，针对于电功率波动较小、无功功率输出要求等矛盾，聚能在最优系统的作用下，将上述问题解决，避免由于线路故障而出现较大的电压波动。与此同时，在最优系统的应用过程中，工作人员还能将风能变化情况以及自动控制进行合理掌握，避免在后续工作之中出现新的问题。

4.2模糊控制技术

模糊控制技术以模糊推理及语言规则作为基础，能够避免受到非线性因素的影响。在风力发电机组中使用模糊控制技术，能够显著的提升风能的使用率，同时，还能够跟踪最大功率。对于风力发电机组来说，模糊控制技术的使用推动了其向着智能化控制的方向发展，优化了风力发电机组的控制效果。例如，在变桨距并网型风力发电机组中，通过模糊控制技术的使用，能有对风力机转速进行控制，并对抖振现象进行了降低，提升了风力发电机组的运行效率。

4.3滑模变结构控制技术

风力发电机组是一种非线性的系统，在实际的运行过程中，有着复杂且多变的特性。当在实际运行的过程中，发生了风向变化、风力改变或是负载的情况时，风力发电机组的稳定运行就会受到影响。而滑模变结构控制技术就能够实现对这一问题的控制。对于滑模变结构控制来说，由于其性质为开关型控制，所以有着不连续控制的特性。在实际的使用中，通过对系统进行预设，就能够确保在满足预设条件的情况下，系统的滑模运动被限制在特定的空间内。由于其在实际的操作中较为简单、且反应的速度较快等优势，被广泛的应用于风力发电机组中。

4.4矢量控制技术

在风力发电机组中，使用矢量控制技术能够实现对风能跟踪的最大化，还能够实现有功功率以及无功功率的独立解耦调节，对于风力发电机组的运行来说，矢量控制技术的使用有着重要的意义。对于基于矢量控制技术的系统来说，由于其具有较强的适用能力以及抗干扰能力，所以能够在短时间内完成稳定性控制。现阶段，矢量控制技术更多的被应用于双馈型风力机组中，但是该技术的使用会对无功补偿量的大小进行限制。

4.5人工神经网络控制

神经网络理论的实施，主要是以生物以及人类相应的学习表现和判断能力为基础进行深入研究，该组织不但自适应能力较强，而且还具备一定的自组织性特点，能够与不确定风力进行适应和捕捉能力，为后续工作的开展提供基础，确保整个风力发电机组朝着智能化方向发展，从这里也可以看出，人工神经网络控制属于智能控制技术范畴。站在具体工作角度来看，风速的测定以及预测周期等因素对风速预测的准确性影响十分严重。因此，神经网络的应用对风速研究提供了巨大帮助，人们可以根据具体的时间序列模型将风速变量确定出来，待到风速变量得到采集之后，工作人员便可以通过回归神经网络和反向传播神经网络对其进行预测。由于该系统具备较强的非线性特点，进一步提升了人工神经网络的实用性，只要做到数学模型的精确建立，便能够在不稳定环境之中实现风力发电机组的高效运行。

5发展策略

5.1明确我国风力发电的发展目标

为了促进我国风力发电的健康发展，同时不断提升我国电网运行过程中的安全性和可靠性，首先需要对我国风力发电的发展目标进行明确。在明确发展目标的基础上，可以更好地对相关补贴和风力发电场所的规划进行调整。相关部门应该不断提升对于风力发电建设以及发展的重视程度，从而更好地协调风力发电相关产业的发展。

5.2完善我国电网建设规划

目前我国风力资源比较丰富的地区是我国的东北、西北以及沿海地区。这就使得在风力发电的过程中经常处于西电东输或者北电南输的状态，不但增加了电网建设的成本，同时也会在电能袁术的过程中产生非常大的浪费。在这样的情况下，我们需要不断的结合地理因素以及电网分部情况，从而进行合理的电网布局。将更多风力发电建设项目尽量靠近我国的输电干线，从而提升风力发电和电网传输的质量。

5.3降低风力发电成本

随着能源问题受到人们越来越高的重视，我国的风力发电行业在得到了非常快速的发展。但是，市场上的风力发电机器制造商处于良莠不齐的状态，绝大部分的风机核心技术都需要从国外进行购买。这使得国内的风机存在严重的两极分化，高端风机价格昂贵，中低端风机却又经常发生各种故障问题。这使得整个风力发电的过程中成本浪费了很多。

5.4现代控制方法

现代控制方法有更多，比如鲁棒控制，它可以解决多变量问题，使误差减小，变得更准确。而变结构控制可以很快回应，步骤简化，能更好地实施。这就使得它普遍被使用的原因。还有模糊控制，是智能地控制，它不需要数学模型就可以排除干扰。解决了数学模型不容易得到的问题，这种控制方法也被学者注意起来。人工神经网络是利用工程技术去模仿人的脑神经元的特点和构成的一种系统，人们用人脑神经元建立各种各样的扩展结构和网络神经，从而建立一个生物网络神经的仿真版，为控制风力机在风速较低时的距离，可以采用网络神经的学习特点。

5.5加快推进风力发电储能技术的发展

对于风力发电系统的储能技术的研究和探索过程中，其核心目标在于提升储能技术的循环使用寿命，提高储能的密度值同时增加出鞥年技术对于恶劣环境的耐受力，在此基础上，还会对储能技术的污染性进行重点的关注。如今我国风力发电系统中储能技术较为适用的技术分别有电池储能、飞轮储能、抽水储能、超导、压缩空气储能以及电容器储能等。

6风机调试的控制要点

对于静态调试和动态调试，其基本操作程序复杂程度不高，要结合调试指导说明书的要求来具体开展工作，按照确定的操作流程依次执行，不允许由于工作态度不认真或者故意减少调试流程而导致设备的非正常运转。由于操作人员对调试程序的原理或者部分内容并不能够全面、准确的理解，所以不允许随意减少调试流程中的某一个环节，或者将两个调试环节颠倒顺序，这可能导致系统的整体性能以及工作效果受到影响。设备必须具备一定的排除故障的能力，如果在调试的过程中出现问题，必须有针对性的及时进行有效的处理，尽可能实现故障的全面、系统的排除。

结语

综上所述，风力发电机组控制技术对于风力发电组的运行稳定性有着重要的意义。通过使用H∞鲁棒控制技术、滑模变结构控制技术、矢量控制技术、人工神经网络控制技术、模糊控制技术，提升了风力发电机组的运行效率以及运行稳定性，实现了对风力以及风能的最大程度的控制与捕捉，推动了风力发电机组向着智能化控制的方向发展。

参考文献

［1］史嘉贶．浅析高温环境下风力发电机组选型限制性条件［J］．水电与新能源，2018，32(09):75-78．

［2］陈立娟，孔祥东，闫桂山．液压型风力发电机组低电压穿越双变量协调控制研究［J］．太阳能学报，2018，39(05):1408-1417．