五、控制技術

風能是一類清潔無污染的可再生能源，是目前最具大規模開發利用前景的能源。但由于風能本身存在隨機性、間歇性的特點,發電質量受風速、風向變化和外界干擾的影響很大，而且，風力發電機組通常設在風能豐富的地區，如邊遠地區，海島甚至海上,要求能夠無人值班運行和遠程監控，這對發電機組的控制系統可靠性要求很高。所以，控制技術是風力發電的最關鍵技術之一。

1.最優控制

最優控制是尋求使得動態系統的性能指標達到最優的控制，是現代控制理論的一個重要組成部分。風力發電系統所應用的控制方法中，最優控制技術應用最早，相對比較成熟。但由于風力發電系統的本質非線性，自然風風速和風向的隨機性以及風機的尾流效應，不確定因素很多，而最優控制的實現必須有一個精確數學模型為控制器設計基礎，這對風力發電系統未免要求過高，將最優控制策略與其它控制方法，如與模糊邏輯控制、魯棒控制方法結合起來的混合控制技術，可有效解決風力發電系統的各類關鍵控制問題：提高風能轉換效率、改善電能品質、減小柔性風電系統傳動鏈上的疲勞負載等。

2.滑模控制

滑模變結構控制本質上是一種不連續的開關型控制，這種控制策略與其他控制的不同之處在于系統的“結構”并不固定，而是可以在動態過程中，根據系統當前的狀態(如偏差及其各階導數等)有目的地不斷變化，迫使系統按照預定“滑動模態”的狀態軌跡運動。滑模控制具有快速響應、對系統參數變化及擾動不敏感、無需系統在線辨識、設計簡單和易于實現等優良特性。采用滑模控制使風力發電機始終工作在滑動面上，減少其牽引過程，可使系統在整個動態過程中對參數攝動和負荷擾動具有很強的魯棒性。此外，將滑動模控制應用于風電機組的并網控制器中，可實現低速下的可靠發電控制。當風中的有效功率較低時，風力機工作于正常與失速兩種模態。滑動模控制存在切換抖動，會對風力機械設備造成沖擊。以力矩為控制信號，采用積分型滑動模控制律，能有效地解決滑動模的切換抖動。

3.自適應控制

自適應控制的目標是自動補償在模型階次、參數和輸入信號方面非預知的變化。自適應控制系統需要不斷進行系統結構，和參數的辨識或系統性能的指標的度量，以便得到系統當前狀態的改變情況，按一定的規律確定當前的控制策略，在線修改控制器的參數或可調系統的輸入信號。自適應控制器用以改善風力發電機組在較大運行范圍中功率系數的衰減特性。在自適應控制器中，通過測量系統的輸入輸出值，實時估計出控制過程中的參數，因此控制器中的增益是可調節的。超前自適應控制方法控制風力發電機轉子電壓和齒輪箱的靜態增益，在負載與風速變化時,控制方法具有可靠快速響應和有限的最大跟蹤誤差。非線性自適應控制理論對風機實行變速控制，在不增加風能系統機械復雜性的條件下，自動調整發電機勵磁繞組電壓，此控制方法可在獲得平穩漸進的轉子速度跟蹤的基礎上達到最大風能捕獲的目的。文獻[8]提出了一種應用于變速風力渦輪控制系統中的自適應控制策略。由于渦輪轉矩是時變非定常的，自適應控制律用來提供渦輪轉矩的估計值。同時，還設計了一種自適應反饋線性化控制器，以保證整個風力渦輪控制系統線性化。仿真結果表明，無論風力狀況如何變化,該控制器都能確保獲得最大風能，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用到風力發電中，但是每種控制方式都有一定的缺點。采用兩種或多種先進控制方法的混合控制,如模糊自適應控制、自適應魯棒控制、PID神經網絡控制等，將是今后風電系統的控制研究方向。