基于建模的風(fēng)電主控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式研究

　　摘要：風(fēng)能目前是人類最成熟的可再生能源技術(shù)，具有豐富的可再生和多樣化資源，開(kāi)發(fā)基于模型的控制系統(tǒng)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，可以通過(guò)設(shè)計(jì)快速原型和產(chǎn)生自動(dòng)代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)將代碼下載到實(shí)物PC，可以進(jìn)行實(shí)物循環(huán)測(cè)試。開(kāi)發(fā)風(fēng)力調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以大大降低風(fēng)險(xiǎn)，提高發(fā)展效率，從而為開(kāi)發(fā)高性能、高質(zhì)量風(fēng)力調(diào)節(jié)系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　關(guān)鍵詞：風(fēng)電;主控系統(tǒng);開(kāi)發(fā)

　　作為一個(gè)主要能源消費(fèi)者和風(fēng)力發(fā)電庫(kù)，我國(guó)致力于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的研究和開(kāi)發(fā)。風(fēng)力發(fā)電商業(yè)化模式已開(kāi)始在我國(guó)發(fā)揮作用，引進(jìn)了外國(guó)技術(shù)和設(shè)備。風(fēng)力渦輪機(jī)的電阻和升力使我們能夠獲得渦輪機(jī)的空氣流通，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能量，然后用一種電力發(fā)電。渦輪發(fā)生器通過(guò)適當(dāng)?shù)淖兯傧溥B接到主軸，迄今為止，風(fēng)輪機(jī)被分為兩大類：水平軸和垂直軸。

　　一、概述

　　風(fēng)電控制系統(tǒng)主要是基于計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制技術(shù)的局部控制、遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。根據(jù)其特性自動(dòng)檢測(cè)故障，并根據(jù)情況采取適當(dāng)措施：主要功能：跟蹤最佳功率曲線低于額定風(fēng)速;保持超過(guò)額定風(fēng)速的恒定輸出功率;與一般工業(yè)控制程序不同的是，風(fēng)力渦輪機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)綜合控制系統(tǒng)，不僅需要監(jiān)測(cè)電力網(wǎng)、風(fēng)力渦輪機(jī)的條件和操作參數(shù)，而且還需要確保安全和運(yùn)行過(guò)程的可靠性通過(guò)控制單元產(chǎn)生并行和分離的電力。目前，許多國(guó)家機(jī)械制造商已開(kāi)始根據(jù)國(guó)外技術(shù)采購(gòu)開(kāi)發(fā)自主風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)。風(fēng)力渦輪機(jī)控制器在非常困難的環(huán)境下運(yùn)作，遠(yuǎn)離城市的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電廠，如果不這樣做，將大大增加維修費(fèi)用，特別是對(duì)風(fēng)力發(fā)電的需求。為了有效利用設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，需要在發(fā)電機(jī)投入運(yùn)行之前進(jìn)行大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

　　二、基于建模的風(fēng)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　為了解決與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)和成本問(wèn)題，V型開(kāi)發(fā)過(guò)程被廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)，并被證明是成功的。設(shè)計(jì)仿真、快速原型和循環(huán)測(cè)試是統(tǒng)一規(guī)劃的，被廣泛證明是控制器設(shè)計(jì)和仿真的一個(gè)非常有效的平臺(tái)。

　　1、開(kāi)發(fā)流程。V-model是一個(gè)基于模型的優(yōu)化和改進(jìn)模型，它允許軟件開(kāi)發(fā)和測(cè)試幾乎同時(shí)進(jìn)行，并行動(dòng)態(tài)過(guò)程大大降低了bug和error出現(xiàn)的可能性。V-model并行是一個(gè)中心，這意味著同步過(guò)程包括三個(gè)層次結(jié)構(gòu):生存周期模型、分配模型、功能工具模型、項(xiàng)目管理模塊(PM)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模塊(SD)、質(zhì)量保證單元(QA)、配置管理模塊(CM)。

　　2、建模與仿真。風(fēng)用系統(tǒng)工程,氣象學(xué),流體力學(xué),MATLAB/SIMULINK電力電子材料工程學(xué)科和專業(yè)上要許多組件可能會(huì)厭倦數(shù)學(xué)模型,基于數(shù)學(xué)建模,同時(shí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的人都是工程應(yīng)用目標(biāo)和基礎(chǔ)理論,在這個(gè)技術(shù),MATLAB/SIMULINK工具,MATLAB至關(guān)重要。設(shè)計(jì)架構(gòu)系統(tǒng)建模和分析;SIMULINK模擬允許系統(tǒng)的每個(gè)物理組件作為一個(gè)模擬器，并創(chuàng)建控制器，測(cè)試每個(gè)輸入和反饋到系統(tǒng)影響因素的最佳參數(shù)。2008年以來(lái)，begle與matherworks建立了密切的合作，將MATLAB/SIMULINK接口整合到AutomationStudio中。

　　建模模擬分析和機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)編碼將大大減少工程師的編程時(shí)間，降低現(xiàn)場(chǎng)安裝成本。模型部件和實(shí)際物理連接一樣方便是一個(gè)理想的傳導(dǎo)路徑，通過(guò)該路徑可以描述系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)，而不必推斷和實(shí)施系統(tǒng)的方程式。模擬器可自動(dòng)構(gòu)造描述系統(tǒng)運(yùn)行的差分代數(shù)方程，該差代數(shù)方程可與其它方程集成，以及GTO模型、IGBT電氣和電子單元、電壓測(cè)量、電流測(cè)量、控制和測(cè)量單元的阻抗測(cè)量RMS測(cè)量，零功率和功率計(jì)算，ABC-TODQ0和DQ0轉(zhuǎn)換到ABC，RPL發(fā)生器、三相單元的同步或異步發(fā)生器、電動(dòng)機(jī)的分析和測(cè)量工具可作為模塊開(kāi)發(fā)，并可制作機(jī)械設(shè)備的模型。模擬分析模型和自動(dòng)生成代碼將大大縮短編程調(diào)節(jié)時(shí)間，并減少實(shí)地測(cè)試所需的時(shí)間。系統(tǒng)連接是一種理想的傳輸模式，用于描述系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)而不需要提取和執(zhí)行所使用的方程式。方程式.分割、同步和功率電子設(shè)備GTO、壓力控制和測(cè)量IGBT模型、電阻測(cè)量RMS的有源和非電功率計(jì)算、ABC-TODQ0-DQ0段BBC、RPL或三相負(fù)載異步發(fā)生器電動(dòng)機(jī)負(fù)載測(cè)試工具及其測(cè)量裝置組件。

　　3、自動(dòng)源代碼生成。主風(fēng)力渦輪機(jī)調(diào)節(jié)中使用的溫度控制源代碼可以在單一氣候下自動(dòng)生成，該單一氣候通過(guò)Matlab風(fēng)力渦輪機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)成功模型。-TS/(+TS+1)在此基礎(chǔ)上，例如Similink模型。AS中自動(dòng)代碼生成功能的執(zhí)行將Similink模型首先分為兩個(gè)控制和模型部分，并用B&工具箱組件代替輸入輸出和中間變量;R.這也是一個(gè)循環(huán)路徑和相應(yīng)的加法，必須在多個(gè)步驟中完成，以產(chǎn)生C代碼和產(chǎn)生密鑰的狀態(tài)，并確定在完成密鑰生成任務(wù)之后是否發(fā)現(xiàn)了外環(huán)代碼中的軌道和配置周期長(zhǎng)度。

　　4、電力系統(tǒng)緩慢同步

　　電力系統(tǒng)慢同調(diào)是以二階微分方程線性化模型：基于第一階微分方程線性模型的緩慢同步理論是緩慢適應(yīng)理論的關(guān)系結(jié)論，同時(shí)也適用于第二階微分方程線性化模型。傳統(tǒng)發(fā)生器的慢同步分組算法可以分成兩個(gè)階段，一個(gè)是主模式選擇階段，另一個(gè)是基于主模式發(fā)生器集合階段。作為緩慢同步子組的主要參考模式，系統(tǒng)的五個(gè)特性對(duì)應(yīng)于一個(gè)模式。因此選取最慢模式組就是選取特征值絕對(duì)值最小的一組模式。將A的全部特征值按照絕對(duì)值從小到大的順序進(jìn)行排序。

　　設(shè)r為選取的主導(dǎo)模式個(gè)數(shù)，r可以人工設(shè)定，對(duì)于雙時(shí)間尺度特性顯著的系統(tǒng)也可以采用最大差異法計(jì)算得到相應(yīng)結(jié)果。至此完成了主導(dǎo)模式的選取，給出了發(fā)電機(jī)慢同調(diào)的定義，該定義指的是嚴(yán)格慢同調(diào)。然而，在實(shí)際系統(tǒng)中，嚴(yán)格慢同調(diào)是不常見(jiàn)的，近似慢同調(diào)才更為實(shí)用。在最慢模式組的模態(tài)中，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)的元素越相近，這兩臺(tái)發(fā)電機(jī)越近似于慢同調(diào)。因此，劃分同調(diào)機(jī)群的界限并不是固定的，而是與近似同調(diào)要求的同調(diào)程度有關(guān)。一般情況下，對(duì)同調(diào)程度的要求越高，分群后得到的同調(diào)機(jī)群內(nèi)的發(fā)電機(jī)個(gè)數(shù)越少，相應(yīng)的發(fā)電機(jī)分群數(shù)就越多。

　　5、效果

　　在風(fēng)力發(fā)電試驗(yàn)中，直接測(cè)試的實(shí)際成本非常高，例如，風(fēng)力發(fā)電模型，在這種情況下，不存在某些極端的風(fēng)條件，便于使用，以避免使用昂貴機(jī)械和測(cè)試條件的不確定性。建模技術(shù)將使風(fēng)能控制系統(tǒng)的效率大大降低到每秒鐘10米。風(fēng)扇尚未達(dá)到額定速度，即電力的10%。由于難以進(jìn)行模擬測(cè)試和模擬，最大的貢獻(xiàn)是降低測(cè)試成本和風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)轱L(fēng)能在開(kāi)發(fā)過(guò)程中進(jìn)行了大量測(cè)試，但風(fēng)險(xiǎn)很大，成本高，預(yù)定模擬參數(shù)以檢查產(chǎn)品是否有效，并且在設(shè)計(jì)減少測(cè)試次數(shù)的系統(tǒng)時(shí)可以檢測(cè)出成本和風(fēng)險(xiǎn)。

　　結(jié)語(yǔ)：

　　通過(guò)風(fēng)力渦輪機(jī)模型和模型設(shè)計(jì)，可以輕易地降低風(fēng)力渦輪機(jī)和關(guān)鍵狀態(tài)的安全成本。建立其他監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)備的制造和相關(guān)參考資料，事實(shí)上對(duì)于具有兩個(gè)重要時(shí)間尺度特性的電力系統(tǒng)，代表社區(qū)間振蕩的緩慢模式可以通過(guò)最大差別方法得到，并且可以用作S分組的主要模式，最優(yōu)子組的數(shù)目等于主導(dǎo)模式的數(shù)目，獲得的子組結(jié)果也優(yōu)化。就一般系統(tǒng)而言，發(fā)電機(jī)相對(duì)含糊不清，選擇最優(yōu)次數(shù)是一個(gè)值得深入研究的問(wèn)題。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　作者：楊南

　　電子論文投稿刊物：《機(jī)械與電子》Machinery & Electronics(月刊)1983年創(chuàng)刊，是全國(guó)性宣傳報(bào)道機(jī)電一體化技術(shù)、工業(yè)控制、工業(yè)自動(dòng)化的專業(yè)技術(shù)性科技期刊。在政策上具有指導(dǎo)性，在技術(shù)上具有引導(dǎo)性和實(shí)用性，在經(jīng)驗(yàn)上具有示范性。適合機(jī)電行業(yè)科技人員、管理人員，大專院校師生及其他從事機(jī)電一體化、工業(yè)控制、工業(yè)自動(dòng)化等人員閱讀。

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