新能源风力发电系统中自适应控制技术的应用及未来前景

新能源风力发电系统中自适应控制技术的应用及未来前景
发布时间：2023-02-22T05:27:08.783Z 来源：《中国电业与能源》2022年19期作者：闫健
[导读] 新能源风力发电系统的结构较为复杂，由风机、传动装置、传感器、
闫健
中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司,河北省石家庄市,050031
摘要：新能源风力发电系统的结构较为复杂，由风机、传动装置、传感器、发电机等组成，在日常管理中，为确保新能源风力发电系统的正常运行，需要对新能源风力发电系统进行严密的监测，以及时了解新能源风力发电系统各设备的运行状态，一旦新能源风力发电系统发生异常状态，便可及时的介入与管理，确保新能源风力发电系统安全可靠的运行，防止意外事故的发生。

为达到上述目的，需要将自适应控制技术应用到其中，自适应控制技术能够根据新能源风力发电系统的管理需要，根据遍布于新能源风力发电系统中的传感器，对新能源风力发电系统的运行状态，如负荷、风况、风机运行工况等信息，进行详尽的监测与记录，为新能源风力发电系统故障的解决提供详尽的数据支撑；实现DCS通信功能，无需人工到场解决，让新能源风力发电系统具备远程操控能力，解决新能源风力发电系统所遇到的一些常见问题，如调整新能源风力发电系统的发电量、并网条件等。

关键词：新能源；风力发电系统；自适应控制技术；应用
1风力发电的作用
风力发电作用主要表现在以下几方面。

（1）推广运用风力发电，能够在一定程度上减轻我国能源短缺压力，减少能源消耗，提升发电效率，推动我国风力发电事业长远发展，促使风力发电向智能化和现代化方向发展。

（2）应用规模性风力发电，充分发挥风力发电控制技术优势，能降低土壤资源占有率。

例如，变桨距及变速恒频技术的升级将切实解决规模局限问题，能够节省更多的风力发电成本，提升风力利用效率。

2自适应技术在新能源风力发电系统中的实际应用
2.1应用于风力涡轮输出和转速控制
风力涡轮输出和转速控制需要根据风力的变化而进行动态化的调整，传统的控制措施对人工的依赖性较强，需要人工进行判断以后，才能够向新能源风力发电系统下达涡轮输出和转速控制的指令，不能够有效契合风力的变化，存在一定的滞后性。

在将自适应控制技术应用于新能源风力发电系统的风力涡轮输出和转速控制方面，可根据风力涡轮输出的需要，实现转速控制的动态化调整。

如当新能源风力发电系统通过传感器检测到风力处于和风、劲风、疾风等恒速状态时，可判定风力涡轮输出功率处于P状态，为使风力涡轮输出P状态达到最大值，需要对叶片、涡轮转速进行调整，即将转速调整至ω。

在这一过程中，自适应控制技术可通过传感器实时监测风力变化，判定风速是否处于恒速区间，若处于恒速期间，则将风力涡轮输出功率调整至P状态；然后线性化模块排除风力干扰因素，确定相关参数值，不断提升转速ω的参数，让转速提升至ω状态，从而使风力涡轮输出功率P达到最大、最佳状态，全力带动新能源风力发电系统的发电机工作，输出源源不断的电流。

应用自适应控制技术调整风力涡轮输出功率和转速，这一过程中减少了人工操作的环节，由自适应机制、线性化模块发挥作用，大大加强了对风力涡轮输出功率P和转速ω的自动调整、控制能力，让风力涡轮输出功率P和转速ω可根据风力的变化、风力恒速的状态在一定范围内进行微调，始终保持风力涡轮输出功率P和转速ω与风向、风力一致。

2.2在发电机与变桨距系统中的应用
发电机作为新能源风力发电系统的核心部位，为更好的利用风能，将风能转化为电能，需要根据风力风速、方向的变化，对变桨距系统进行调整，调节轮毂上的叶片，让变桨距系统的桨距角大小按照调节的幅度发生变化，从而改变风力发电系统叶片与气流之间的攻角，在应用自适应控制技术以后，对变桨距系统的调整可通过最大功率跟踪法实现，最大功率跟踪法是适应发电机最大功率而推出的一种变桨距系统调整与控制技术。

当发电机在风力的带动下开始工作以后，此时若风速为恒速状态，发电机的输出功率处于稳定状态以后，此时最大功率跟踪法开始发挥作用，通过计算让桨距角保持在最优的状态，并对发电机的电磁转矩、风轮转速进行调整，让其能够处于额定功率的状态下输出电流。

考虑到风力并非一直能够处于恒速状态，若风力发生变化，则桨距角、电磁转矩、风轮转速等参数均需要根据风力、风速的变化进行调整，因而需要对发电机的功率进行计算。

其原理如下：当发电机的输出功率发生变化以后，表示为r+，变桨距系统中的模糊推理模块经过计算以后，输出，然后PID控制器对输出与输入的偏差进行计算，若风能增加，则调小桨距角，让风能的利用系数增大，提高电磁转矩和风轮转速，以增大发电机的输出功率；若风能降低，则需要调大桨距角，以适应风能的变化，让桨叶上的能量损失降低，此时可提高风轮转速，让发电机快速调整至额定功率，降低发电机的输出功率。

通过将自适应控制技术在发电机功率与变桨距系统中的应用，能够发挥模糊自适应PID控制器的优势，即模糊自适应PID控制器根据新能源风力发电系统的相关参数，建立起与桨距角、风轮转速、电磁转矩调整相关的参数，如桨距角、风轮转速、电磁转矩的初始值、性能指标、耦合度等，这些数据会存储到模糊自适应PID控制器中。

当外界的风力、风速发生变化以后，可启动模糊自适应PID控制器，通过模糊推理输出偏差变化率，以实时调整，从而与发电机的输出功率相匹配，让发电机的输出功率P与桨距角的调整更加自动化。

3自适应控制技术的未来发展前景
3.1实现最优参数的智能化控制
在新能源风力发电系统中，因受到干扰因素较多，因而新能源风力发电系统在线性化模型的设计控制器方面，需要实现最优化的参数，才能够实现精准性的操控。

为此在自适应控制技术方面，未来将会实现最优参数的智能化控制。

在最优参数的智能化控制方面，会根据新能源风力发电系统的风量、风速等调节控制变流器，通过控制变流器的输出实现对发电机的控制，然后利用传感器捕获额定风速风能，从而达到控制风力与发电机输出功率的目的。

在相应的参数设计方面，通过对参数的相应调整，可以使新能源风力发电系统对相应参数建立数据库，根据数据库中存储的数据，对相应参数进行调整。

随着人工智能技术的应用、信息技术的进步，可以根据新能源风力发电系统所面临的情况，模拟一些新能源风力发电系统的使用场景，在模拟测试的过程中，对变桨距系统、发电机运行、风力涡轮等参数进行分析，观察不同参数情况下变桨距系统、发电机、风力涡轮等是否会发生异常情况，对发生的异常情况进行记录，并再次调整进行模拟测试，直到找到最优参数位置。

考虑到外界风力发生的变化，需要将最优参数设置在一定的区间内，让最优参数能够在合理区间内进行微
调，以适应风速的相应变化。

3.2自适应控制计算能力增强
得益于微积分、专家诊断系统的引入，在未来自适应控制技术在计算能力方面将会大大增强。

微积分与专家诊断系统所具备的强大逻辑分析、计算能力，能够对新能源风力发电系统的各方面运行情况进行分析，从而发现新能源风力发电系统中存在的一些问题，并进行实时调整，从而使新能源风力发电系统运行更加稳定。

得益于自适应控制技术运行模型的建立，会对新能源风力发电系统的运行、故障等，建立起更加直观的分析模型，从而实现快速计算与分析。

4结语
总的来说，建设生态文明是新能源利用的重要前提，需要应用各种技术提升新能源的利用效率。

现阶段，我国已形成全球最大的风力发电市场，对环保节能与社会经济增长做出了巨大贡献。

我国风力发电起步晚，为了提高风力发电的效率，减轻我国能源短缺压力，需要加强对风力发电及其控制技术的应用，推动我国风力发电事业可持续发展。

参考文献
[1]田炜.风力发电机及风力发电控制技术研究[J].光源与照明，2021（11）：89-91.
[2]梁立翔.新能源发电风力发电技术研究[J].农村经济与科技，2021，32（20）：5-7.。