海上风力发电机组的非线性无源控制方法

在海上风力发电机组概念中，直驱永磁同步发电机组是一类很有发展前景的选择方案，而其中存在的内在非线性、并网稳定性等问题，是该领域重要的研究课题。本项目在无源性理论的框架下，研究直驱永磁风电机组的控制问题，主要包括：①针对系统中存在的非线性环节，设计无源非线性控制器，实现对风电机组的精确控制，达到全风速范围最大能量获取的目标；②为解决输出功率波动较大的问题，利用桨距角和转矩两种控制输入，通过协调无源性控制器设计，达到对输出有功功率平滑控制的效果；③考虑多台风电机组同时控制问题，运用Hamiltonian系统实现，结合基于无源性的设计方法，进行多机组建模、解耦及控制的研究。与以往研究相比，本项目注重于风电机组本身特点的分析，运用控制领域最新的研究成果，针对性地解决系统中存在的控制问题，以求更好地达到最大能量获取、无冲击并网等控制目标，实现对直驱永磁风力发电机组的高效利用。

本项目针对海上风力发电机组中存在的内在非线性、协调稳定性等问题，基于无源性理论和Hamiltonian设计方法，设计非线性无源控制器，使闭环系统达到最大能量获取、输出功率稳定等控制目标。主要研究内容包括：①风电机组非线性控制问题。针对系统中风能捕获功率的复杂非线性环节和同步发电机的典型非线性环节，设计非线性控制器，达到全风速范围高效能量获取的目标；进一步，在风电机组Hamiltonian模型实现的基础上，进行鲁棒非线性控制和输入受限下非线性控制的研究，解决由于精确模型带来的鲁棒稳定性和输入实现性问题；②风电机组多输入协调控制问题。由于风电机组存在桨距角、转矩等多种控制输入，通过Hamiltonian能量方法和协调无源性方法，综合设计多种控制输入，使闭环系统具有良好的稳态和暂态性能；③风电系统多机组协同控制问题。由单机控制转入多机控制是研究的一般规律，运用Hamiltonian系统实现，结合基于无源性的设计方法，进行多机组协同控制器设计，达到多机组同时控制的效果。与以往研究相比，本项目注重于风电机组本身特点的分析，运用控制领域最新的研究成果，针对性地解决系统中存在的控制问题，从而更好地达到高效能量获取、多输入协调、多机组协同等控制目标。本项目按计划已顺利完成项目计划书中的工作，取得了较为系统、特色鲜明的创新成果。成果主要包括学术论著和发明专利：受项目资助发表在国内外学术期刊和会议上的论文有30余篇，其中SCI检索3篇，EI检索19篇；编写学术著作1部，预期2014年12月出版；申报并受理发明专利4项，其中2项已获授权。