浅谈风力发电机组控制技术研究方法
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[摘 要]风力发电：把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能。风力发电的原理：是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
[关键词]风力发电；定桨距；控制
中图分类号：TK83；0232 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0243-01
风能是一种清洁无污染、储量极为丰富的可再生能源，它和常规能源不同，是一种取之不尽、用之不竭的能源。中国是耗能大国，而石油、煤炭已不能满足日益增长的能源需求。在众的可再生能源中，目前发展最快的当数风力发电。风力发电作为一种新的、安全可靠的洁净能源，优越性为越来越多的人所认识。
关于风力发电的主要技术方面，风力发电机组控制技术是风力发电机的核心技术，我们从发电机组控制技术方法对其简单研究，分析常规和先进控制方法。
1、常规与先进控制方法研究
常规控制方法是基于对象线性化模型的线性控制策略，如常规PID控制方法，因为结构简单、方法成熟，被广泛应用于各种工业控制领域。由于风力发电系统是一个多变量、非线性、强耦合、时变的复杂系统，常规PID理论难以实现高精度、高可靠性和高适应性的控制，同时存在如增益调节表获取困难，没有修正算法等缺点。由于PID控制是线性控制器，只能保证在设计点处有较好的性能，对与运行在高度非线性的情况下并不适用。
目前，工业中应用较成熟的智能控制方法主要包括模糊控制、神经网络、专家系统等。模糊控制是一种基于模糊推理，以模糊数学、模糊语言的逻辑推理为理论依据，模仿人的思维形式实施的一种自动控制，尤其适用于像风力发电系统这种多变量、非线性、很难建立其精确数学模型的系统。
采用常规的PID控制器对低风速和高风速两种情况下进行风轮转速和桨叶节距角的控制调节。常用的二维模糊控制器以误差和误差变化作为输入变量，因此，这种控制器具有模糊比例―微分控制作用，但是缺少模糊积分控制作用。积分控制作用能够消除稳态误差，比例控制作用动态响应快，因此可以把PI控制策略引入模糊控制器，构成模糊PID复合控制。这种复合控制策略是设定一个阀值，在大偏差范围内采用模糊控制，在小偏差范围内转换成PID控制。应用了这种方法来进行风力机的偏航控制。提出了这种方法的另一种方案，将模糊控制和I调节器复合，相当于一个具有变参数的比例微分控制作用和不变参数的积分控制作用的PID调节器。在功率系数SVM模型基础上，采用支持向量机的变桨距控制算法控制机组输出功率，最终使风轮可以在变化的风速中获取最大能量，并能有效改善控制器切换时引起的功率暂态响应，具有较好的实时性和鲁棒性。把支持向量机首次引入风电机组控制领域，体现了很好的性能。建立了变速变桨距风力发电机组的简化模型，在此基础上，将变论域自适应模糊控制方法应用到风力机组的转速和桨距控制系统中，该方法优化了风力发电机组的运行性能。
2 定桨距与变桨距控制
采用定桨距失速控制方式的风力机组，叶片固定安装在风轮上，角度不能改变，功率调节完全依靠失速型叶片自身的失速特性来实现。这种机组的输出功率随风速的变化而变化，难以保证在额定风速之前的风能利用效率最大，特别是在低风速段。采用定桨距控制的风力机组通常设计有两个不同功率、不同极对数的异步发电机。大功率高转速的发电机工作于高风速区，小功率低转速的发电机工作于低风速区，由此来调整参数，尽可能维持功率恒定采用变桨距功率调节，是在定桨距基础上加装桨距调节环节，使桨叶可绕自身轴转动，依靠与叶片相匹配的迎风角来进行调节。变桨距发电机组的叶片相对于风向有不同的迎风角，当风速持续变化时，控制叶片的迎风角始终保持在最佳角度，从而使风力发电机组有可能在不同风速下始终保持其风轮的最佳转换效率，使输出功率最大。
3 恒速恒频与变速恒频
风力发电机组的控制方式，从速度调节方式划分为恒速和变速控制。目前世界上大中型风力发电机组绝大多数采用异步发电机。因为并网后定子磁场旋转频率等于电网的频率，而异步电机的转差一般为3%～5%，所以转子本身的转速变化范围也很小，故可以称之为恒速恒频或变速恒频风力发电机。
恒速恒频发电方式只能固定运行在某一转速上才能达到最高运行效率，当风速改变时风力机就会偏离最佳运行转速，导致运行效率下降，浪费风力资源，增大风力机的磨损。采用变速恒频发电方式，可按照捕获最大风能的要求，在风速变化的情况下实时地调节风力机转速，使之始终运行在与该风速对应的最佳转速上，从而提高了机组发电效率，优化了风力机的运行条件。采用变速恒频发电技术后，还可使发电机组与电网系统之间实现良好的柔性连接，比恒速恒频发电系统更易实现并网操作及运行。
二 结语
随着社会对能源的急剧需求，风电产业近年来得到了快速发展。风力发电机组的单机容量越来越大，已发展到现在的兆瓦级机组，控制方式从基本的定桨距失速型控制转向变桨距控制。从发展趋势看，大型风力机组中将会普遍采用变桨距变速技术。
参考文献
[1] 霍志红.风力发电机组控制技术.中国水利水电出版社[M]，2010.
[2] 张新房.风力发电机组的变论域自适应模糊控制.控制工程[J]2003.10（4）.
[3] 朱健.兆瓦级变桨调速风力发电机组的智能控制系统研究[Z]，吉林大学.