现代控制技术在风力发电控制系统中的应用

　　3 微分几何控制在风力发电系统中的应用
　　微分几何控制的核心问题是反馈精确线性化，它通过局部微分同胚映射对仿射型非线性系统在满足可控性、矢量场生成、对合性和凸性四个条件下，将非线性系统在大范围内甚至全局范围内进行线性化处理，使其化为线性控制问题。
　　风力发电控制系统是一个大范围强风速扰动的非线性系统，系统中，双馈变速恒频发电机得到了广泛的应用，微分几何控制主要应用于转矩控制和变流技术中。对双馈发电机提出基于微分几何控制理论的非线性多输入多输出状态反馈解耦控制方案，通过非线性坐标变换和非线性状态反馈，使双馈发电机的磁链和转速两个子系统实现动态完全解耦，使风力发电系统按照最佳效率运行，可以最大限度地捕获风能，提高发电质量。当风速超过额定值时，可以通过降低风力机的转速实现恒功率控制从而避免使用复杂的变桨距机构；通过微分几何反馈线性化变换，将风力机的非线性模型全局线性化，可以建立起适合的风力发电机组模型，并基于微分几何理论设计了非线性控制器，实现了变速风电机组的恒功率控制。
　　基于微分几何非线性控制理论的反馈控制算法比较复杂，一般反馈输出都是状态向量的复杂非线性函数，这种算法对CPU 的性能要求较高，一定程度上限制了它的应用和发展。随着CPU 性能的不断提高，将微分几何控制理论应用到风力发电领域，将取得更广泛的研究成果。
　　4 自适应控制在风力发电系统中的应用
　　自适应控制的目标是使控制系统对过程参数的变化、以及对未建模部分的动态过程不敏感。当过程动态变化时，自适应控制系统试图感受这一变化并实时地调节控制器参数或控制策略，使得指定的性能指标尽可能接近最优和保持最优，自适应控制在风电控制的各个方面都有广泛的应用。
　　风力发电系统的控制技术从定桨距发展到变桨距，传统的变速控制模式需要首先建立一个有效的系统模型，才能进行有效的控制，但系统模型不容易确定。近年来有人建议采用自适应控制器，根据模型参考自适应控制原理，以大型风电机组直流电动变桨距控制系统为研究对象，设计一个高性能电动变桨距自适应控制系统，使其具有很好的跟踪性和伺服性。
　　近年来，DFIM 无速度传感器矢量控制技术一直是该领域的研究热点，基于模型参考自适应方法的双馈风力发电机的无速度传感器矢量控制策略可以实现双馈风力发电机并网前后的无速度传感器控制，并且具有较好的动态特性。
　　为了保证风力机的转子转速在整个风速全程变化范围内都能迅速跟踪上给定的希望速度，为风力发电系统设计了全程速度跟踪自适应控制器，所设计的控制器能驱使闭环风力发电系统在整个运行过程中很好地跟踪所给定的速度曲线，从而实现了最大利用风能且安全运行。变速恒频双馈风力发电系统的自适应最大风能跟踪控制策略主要依赖于风速的估计，风力机和发电机的参数，能使系统的稳态和动态性能良好。为了权衡最大风能捕获和机械疲劳造成的损耗最小两个性能指标，提出了一种由自适应控制器构成的自校正调节器，调节器中包含了一个有线性二次高斯（LQG），神经控制器的混合控制器和一个线性参数估计（LPE），可以预先实现状态估计并进行补偿控制，该控制器确保了风电机组的机械损耗最小，并可以捕获更多的风能。
　　5 滑模变结构控制在风力发电系统中的应用
　　风电机组是一个复杂的非线性系统，建立精确的数学模型非常不易，虽然使用了很多先进方法对机组进行建模，仍然得不到精确的系统模型，使得控制起来很困难，滑模变结构控制本质上是一种不连续的开关型控制，它要求频繁、快速地切换系统的控制状态，具有快速响应、对系统参数变化不敏感、设计简单、易于实现的特点，为风力发电系统提供了一种较为有效的控制方法。