現代控制技術在風力發電控制系統中的應用

　　3 微分幾何控制在風力發電系統中的應用
　　微分幾何控制的核心問題是反饋精確線性化，它通過局部微分同胚映射對仿射型非線性系統在滿足可控性、矢量場生成、對合性和凸性四個條件下，將非線性系統在大范圍內甚至全局范圍內進行線性化處理，使其化為線性控制問題。
　　風力發電控制系統是一個大范圍強風速擾動的非線性系統，系統中，雙饋變速恒頻發電機得到了廣泛的應用，微分幾何控制主要應用于轉矩控制和變流技術中。對雙饋發電機提出基于微分幾何控制理論的非線性多輸入多輸出狀態反饋解耦控制方案，通過非線性坐標變換和非線性狀態反饋，使雙饋發電機的磁鏈和轉速兩個子系統實現動態完全解耦，使風力發電系統按照最佳效率運行，可以最大限度地捕獲風能，提高發電質量。當風速超過額定值時，可以通過降低風力機的轉速實現恒功率控制從而避免使用復雜的變槳距機構；通過微分幾何反饋線性化變換，將風力機的非線性模型全局線性化，可以建立起適合的風力發電機組模型，并基于微分幾何理論設計了非線性控制器，實現了變速風電機組的恒功率控制。
　　基于微分幾何非線性控制理論的反饋控制算法比較復雜，一般反饋輸出都是狀態向量的復雜非線性函數，這種算法對CPU 的性能要求較高，一定程度上限制了它的應用和發展。隨著CPU 性能的不斷提高，將微分幾何控制理論應用到風力發電領域，將取得更廣泛的研究成果。
　　4 自適應控制在風力發電系統中的應用
　　自適應控制的目標是使控制系統對過程參數的變化、以及對未建模部分的動態過程不敏感。當過程動態變化時，自適應控制系統試圖感受這一變化并實時地調節控制器參數或控制策略，使得指定的性能指標盡可能接近最優和保持最優，自適應控制在風電控制的各個方面都有廣泛的應用。
　　風力發電系統的控制技術從定槳距發展到變槳距，傳統的變速控制模式需要首先建立一個有效的系統模型，才能進行有效的控制，但系統模型不容易確定。近年來有人建議采用自適應控制器，根據模型參考自適應控制原理，以大型風電機組直流電動變槳距控制系統為研究對象，設計一個高性能電動變槳距自適應控制系統，使其具有很好的跟蹤性和伺服性。
　　近年來，DFIM 無速度傳感器矢量控制技術一直是該領域的研究熱點，基于模型參考自適應方法的雙饋風力發電機的無速度傳感器矢量控制策略可以實現雙饋風力發電機并網前后的無速度傳感器控制，并且具有較好的動態特性。
　　為了保證風力機的轉子轉速在整個風速全程變化范圍內都能迅速跟蹤上給定的希望速度，為風力發電系統設計了全程速度跟蹤自適應控制器，所設計的控制器能驅使閉環風力發電系統在整個運行過程中很好地跟蹤所給定的速度曲線，從而實現了最大利用風能且安全運行。變速恒頻雙饋風力發電系統的自適應最大風能跟蹤控制策略主要依賴于風速的估計，風力機和發電機的參數，能使系統的穩態和動態性能良好。為了權衡最大風能捕獲和機械疲勞造成的損耗最小兩個性能指標，提出了一種由自適應控制器構成的自校正調節器，調節器中包含了一個有線性二次高斯（LQG），神經控制器的混合控制器和一個線性參數估計（LPE），可以預先實現狀態估計并進行補償控制，該控制器確保了風電機組的機械損耗最小，并可以捕獲更多的風能。
　　5 滑模變結構控制在風力發電系統中的應用
　　風電機組是一個復雜的非線性系統，建立精確的數學模型非常不易，雖然使用了很多先進方法對機組進行建模，仍然得不到精確的系統模型，使得控制起來很困難，滑模變結構控制本質上是一種不連續的開關型控制，它要求頻繁、快速地切換系統的控制狀態，具有快速響應、對系統參數變化不敏感、設計簡單、易于實現的特點，為風力發電系統提供了一種較為有效的控制方法。