基于分级模糊控制风力太阳能混合发电控制系统的研究

霍元杰

摘要：首先对分级模糊控制理论进行概述，随后对基于分级模糊控制的风光混合发电控制系统进行研究，以期通过相关研究能够对提高风光混合发电系统的运行稳定性有所帮助。

关键词：模糊控制；风能；太阳能；混合发电

中图分类号：TM614；TM615文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）08－0014－02

1分级模糊控制理论概述

模糊控制具有鲁棒性好、不依靠精确对象模型等特点，最早由Zadeh在1965年提出，自此之后受到众多研究学者的认可，并逐步延伸、发展成为一门独立学科，在生产实际中被广泛应用。模糊控制的难点具体体现在以下两个方面：①在被控对象复杂，且输入、输出量增多的情况下，控制规则的数量会以指数级的倍数迅猛增长，最终导致组合规则爆炸。②控制效果不仅受控制器性能的直接影响，而且还受模糊规则制订和隶属函数选择的影响。由于模糊规则和隶属函数选择需要相关专家凭借多年来的经验进行判断，而人对复杂被控对象的认识和选择往往欠缺准确性、系统性，从而导致控制器难以保证拥有最优的控制性能，进而影响控制效果。为此，许多学者致力于这两方面的研究。比如，一些学者提出一种最小二乘搜索算法，它是利用线性搜索替代非线性搜索，但是，初始参数的确定过程十分复杂；还有的学者提出将演化计算运用到全模糊优化中，可以利用多目标优化问题替代模糊线性优化问题，等等。其中，G.V.S.Rain，J.Zhou等学者提出的分级模糊控制能够解决多变量模糊控制器的降维问题，特别是在输入量之间缺乏耦合性，且对输出量影响程度不一致时，也能够有良好的控制效果。因此，本文以分级模糊控制为视角，对风力太阳能混合发电控制系统进行研究。

2风光混合发电控制系统研究

2.1分级模糊控制器的特点

相关研究结果表明，FC（常规模糊控制器）的规则总数与其变量间的关系为指数关系，而HFC（分级模糊控制器）的规则总数与其变量间的关系为线性关系。如果非线性系统中存在多个变量时，通过分级模糊控制可以显著降低系统的总体运算量，这样便能够有效减小控制器规则库的规模。同时，为了实现规则总数最小化的目标，每一级控制器只需要取两个输入变量即可。采用这种方法对非线性系统进行控制，能够随意增减变量，无需对规则集中的其他规则进行调整，从而使模糊规则集的构建更加简单、方便。在通常情况下，可以选择对整个系统具有最大影响的变量作为首级规则集的系统变量，对系统影响第二大的变量则可作为二级规则集的系统变量，以此类推，利用分级控制器对系统的逐级调整，能够使系统的总输出接近性能指标，最终达到平衡。

2.2控制系统设计

风光混合发电是典型的多变量非线性系统，为了实现对其的有效控制，并进一步提高系统运行的稳定性，文中提出了一种基于分级模糊控制器的控制系统，下面就此展开详细论述。

2.2.1首级控制器

大量的理论和实践都表明，确保系统稳定、可靠运行的关键性因素是直流电压，为此，选取直流电压的设定值与系统中实际直流电压的差作为控制系统首级输入，而输出则为直流电压的等效值Y1，其去模糊后的精确值为［192，216，240］。

2.2.2次级控制器

当首级控制器的输入和输出确定后，便可以选取次级控制器的输入变量，该系统的次级控制器输入可取首级输出Y1与负荷PL，该级控制器的输出为Y2，其模糊语言变量集为［零，小，较小，中，较大，大］，与之相对应的精确值集合为［0，0.1，0.3，0.5，0.7，0.9］。

2.2.3三级控制器

在该系统中，三级控制器的输入变量可取风能输出最大功率Pwm和Y2，并将风能输出的实际利用率Y3作为输出提供给控制设备，Y3的去模糊精确值集合为［0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0］。

2.2.4四级控制器

在该系统中，四级控制器的输入变量为太阳能输入Ppvm，输出变量为太阳能发电输出的实际利用率Y4，它的去模糊选择与Y3基本相同。

2.3控制效果分析

为了进一步验证该控制系统的实际应用效果，以某风光混合发电机组为研究对象。为了简化过程，设定风机组为5台15 kW的风力发电机，太阳电池阵也设定为5组，每组的峰瓦均为3 kW，选取直流部分的缓冲电容组容量100 F，利用太阳能发电控制装置可以促使太阳电池发电机组的工作处于最大功率状态，同时，也可利用风能发电控制装置促使风力发电机组处于最大功率状态。混合发电控制系统的控制目标必须以确保可再生能源被充分利用为前提，将其直流母线电压值控制在192～240 V的范围内，并对直流端电压的期望工作值进行定义，即电压值为（216±8）V。

在部分时间内，负载功率有时会大于太阳能和风能输出的总功率，有时会远远小于太阳能和风能输出的总功率，如果不及时控制此类现象，就会导致电流母线的电压值出现较大波动，影响混合发电控制系统运行的稳定性。当负载功率小于可再生能源输出的最大功率时，负载功率所耗费的能源可由可再生能源提供，即负载功率基本相等于可再生能源输出的实际功率；当负载功率大于可再生能源输出的最大功率时，可再生能源提供的功率与风力、太阳能提供的最大输出功率相同，也就是说，实现了可再生能源地充分利用。采用文中提出的分级模糊控制系统，可将混合发电系统直流部分的电压控制在（216±8）V这一范围内。由此可见，通过分级模糊控制，可以使混合发电系统达到预期效果。

3结束语

综上所述，在风力发电机和太阳电池无法满足负荷要求的情况下，可以转换为电网和太阳电池提供能源，使风力太阳能混合发电控制系统的直流母线电压始终保持在195 V。当直流电压超过240 V时，可以自动切断太阳能发电装置和风力发电机的输出，待电压恢复到220 V以下时再向供电设备输出电能。所以，在风力太阳能混合发电控制系统中运用分级模糊控制，能够逐步接近目标函数，取得良好的控制效果。

参考文献

［1］张瑞钰.风能和太阳能互补利用的分布式能量系统的可行性分析［J］.中国电力教育，2012（7）.

［2］金绍鹏.对具有最大功率点跟踪控制的混合发电系统的研究［J］.科技与企业，2013（10）.

［3］李冲.储能技术在独立风光互补发电系统中的应用及展望［J］.南京工程学院学报，2011（12）.

［4］邢作霞.现代控制技术在风力发电控制系统中的应用［J］.华北电力技术，2011（7）.

〔编辑：白洁〕

Based on the Hybrid Power Control System of Solar Wind Hierarchical Fuzzy Control

Huo Yuanjie

Abstract: First, an overview of hierarchical fuzzy control theory, and then mixed hierarchical fuzzy control based scenery generation control systems research, with a view to enhance the beauty of hybrid power system operation stability of help through research.

Key words: fuzzy control; wind; solar; hybrid power

（上接第11页）

3.3考虑空间因素

厨具的安装要充分考虑空间和美观这两方面。燃气烧烤炉作为后厨使用过程中较为重要的装置设备，它的使用不仅仅需要保障烧烤过程的安全性和便捷性，也要对烧烤炉在后厨空间的配合方式进行设计。一般来说，这种烧烤炉油烟较大，安装在后厨或室内通风口较好，这样能够将油烟在瞬间排出。当然，烧烤炉的空间设计也要与其他后厨设备进行比对，在充分利用后厨空间的同时，也要保证后厨环境的美观。

3.4信息化原则

烧烤信息化原则不仅仅体现在消费者使用过程中的信息化，也体现在后厨烧烤炉设计的信息化。智能化发展迅速的今天，网络几乎运用于生产、生活的各个方面。如果在前厅消费的过程中能够随时了解后厨烧烤的进度和烧烤的菜肴种类，对于消费者而言，可以减少就餐过程中的等待时间；对于餐厅本身来说，则减少消费者在就餐时时间上的浪费。假如前厅与后厨可以进行实时交流，那么就可以通过信息化的点菜工具直接点菜，同时，后厨也可以根据消费者食用状况控制烧烤速度。

4结束语

随着现代化进程的加快，人们对厨具的使用越来越重视。烧烤作为休闲生活方式的一种，成为城市消费的主流。在食用美味佳肴的同时，人们对厨具本身安全、便捷、环保等性能的要求逐渐提高。这就要求在后厨或室内设计过程中，根据现场实际情况进行测量和数据分析，在充分利用空间的同时，追求美观。由于学科上的限制，以上仅对燃气烧烤炉设计要素中常见的问题进行简单分析，至于设计成本和运营等问题，应根据实际情况进一步完善和验证。

参考文献

［1］刘渊.基于事理学的都市休闲烧烤产品设计研究［J］.酒店设备研究，2013（6）：19-21.

［2］李少林，王海鳌.中国古代饮食文化［J］.东南美食，2012（3）：44-46.

［3］谢凯.燃气炉具燃烧器燃烧系统优化设计［D］.厦门：厦门大学，2008.

〔编辑：刘晓芳〕

After a Kitchen Gas Stove Design Elements Analysis

Han Fangwen

Abstract: Traditional barbecue tools mainly carbon oven, prices are relatively low, but the soot pollution to the environment. At the same time, due to the limitation of technical conditions, foods tend to be burned. In addition, carbon oven barbecue process will produce some carcinogens. These objective conditions led to barbecue consumers eager to seek a more healthy, more convenient, safer way of barbecue. The following is a new kind of design elements of a kitchen burning gas oven after analysis.

Key words: catering enterprises; carbon oven; gas stove; barbecue informatization

（上接第12页）

Measures to Improve the Accuracy of Measurement of Electricity

Zhong Weifeng

Abstract: In the new situation, Chinas constantly in-depth reform of the power grid, and the introduction of intelligent electricity metering device to the power system, to improve the accuracy of the power measurement. However, there is currently a work in electricity metering certain problems affecting the accuracy of the power measurement, therefore, must be analyzed for electricity metering work problems and propose effective measures.

Key words: electricity metering; cable; smart meters; grid

（上接第13页）

Explore the Technical and Maintenance of Transmission Lines Lightning Protection Measures

Guo Zhigang

Abstract: Electric power resource of social progress and development plays a great role in promoting. China's vast, transmission lines is very complex, many factors have an impact on electricity transmission lines, and lightning is the key to safe power transmission line impact. Combining study and work experience, technology and transmission lines lightning maintenance measures were analyzed, and made superficial recommendations.

Key words: transmission line; mine technology; lightning protection measures; maintenance