现代控制技术在风力发电控制系统中的应用

　　由于风力发电系统是个典型的多变量、强耦合、非线性系统，不易进行精确的数学建模，这样一来，通过常规方法进行风电机组控制系统设计的可行性与有效性大大降低。然而，模型预测控制技术恰恰是针对这一类问题而提出的，它可以通过数学算法对系统模型进行估计，得到预测模型，再通过预测模型设计控制算法，对风电机组实施合理、有效的控制，以便改善运行可靠性、提高运行效率。
　　在风力发电系统中，风资源是整个系统源动力，它的随机性和多变性是不容忽视的，对于风资源进行预测是控制系统设计过程中的首要问题，使用模型预测算法对风速进行预测，对于风电机组控制可以起到关键作用。为了提高风电场短期风速预测的精确度，可以将小波分解法、经验模式分解法及最小二乘支持向量机相结合等其他方法对风速时间序列进行短期多步预测建模，并且可以通过风电场风速容许区间预测方法来解决单次预测误差过大的问题。
　　通过预测控制算法对风力机变桨距系统进行调节，预测控制过程可以采用双模型切换来解决由于电液比例变桨距执行机构的差动回路设计和风力负载的单方向性造成桨叶顺桨和逆桨时系统模型不一致的问题。进行变桨距控制后，再依据运行工况进行模型预测控制，不但解决了风电机组系统模型难以精确建立的困难，而且去除了可测量的主要外扰——风速随机变化对系统动态控制品质的影响，从而提高了变距系统的响应快速性和抗干扰能力。
　　此外，还可以从风力机运行特性出发，结合风力机在不同工况点的非线性模型，提出了先进的控制算法的非线性模型预测控制（NMPC）来实现最大风能捕获以及风力机全工况运行的最优控制，获得最大功率输出。将数据挖掘算法和模型预测控制结合起来控制风机系统，可以对风速、湍流强度以及输出功率等目标实现良好的控制。在变流器来控制方面，应用线性模型预测控制器提供关键的控制信号来控制整流逆变器的触发角来调节直流电压，并且尽可能地减小理论电压值与实际电压值之间的差值，实现最大风能捕获，提高发电质量。
　8 H∞鲁棒控制在风力发电系统中的应用

鲁棒控制理论是在H 空间( 即Hardy 空间)，通过某些性能指标的无穷范数优化而获得具有鲁棒性能的控制器的一种控制理论。将鲁棒控制理论用于风电机组的稳定运行控制应是最佳的选择。因为风能在不断随时间变化，对于风电机组任何一个子系统，当风能激励时，系统的动态响应的能量增益最小，也就是的范数最小时，控制系统输出的不稳定力也最小，并保证系统按照既定的目标轨迹运行。
　　风能是一种波动性能源，风速脉动往往引起风电系统输出功率脉动。变桨距风电系统功率控制系统的参数具有扰动性，对于桨距控制器的设计，针对系统参数的不确定性提出逆系统鲁棒补偿方法以抑制系统参数的扰动，可以在风速任意波动条件下有效地控制风电系统的输出功率水平，并且对参数化和非参数化扰动具有较强的鲁棒性。采用基于动态逆的非线性内模控制方法设计风电机组在额定风速以上工作时的桨距角鲁棒控制律，可以使输出功率维持在额定值附近。利用非线性鲁棒控制技术设计的控制器，既可以实现发电机输出有功功率和无功功率鲁棒解耦控制，同时使转子励磁控制具有鲁棒干扰抑制作用。
　　在风速和风向不断变化的情况下，捕获最大风能、提高风能利用率是高效风力发电系统要解决的问题之一。采用鲁棒PID 控制器设计转速控制系统，可以使变速风力发电机在设计风速范围内稳定运行，而且依靠变速控制系统能够实现低风速区的最大风能跟踪和高风速区的恒功率控制。由于变速恒频风力发电系统受风能不确定性和不稳定性的影响，采用鲁棒控制方法设计的控制器，使系统对参数不确定性及负载扰动具有较强的鲁棒性，并且能快速地跟踪风速，提高风能利用率。