海上風力發電機組的非線性無源控制方法

《海上風力發電機組的非線性無源控制方法》是依託河海大學，由王冰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：海上風力發電機組的非線性無源控制方法
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王冰
• 依託單位：河海大學

項目摘要

在海上風力發電機組概念中，直驅永磁同步發電機組是一類很有發展前景的選擇方案，而其中存在的內在非線性、併網穩定性等問題，是該領域重要的研究課題。本項目在無源性理論的框架下，研究直驅永磁風電機組的控制問題，主要包括：①針對系統中存在的非線性環節，設計無源非線性控制器，實現對風電機組的精確控制，達到全風速範圍最大能量獲取的目標；②為解決輸出功率波動較大的問題，利用槳距角和轉矩兩種控制輸入，通過協調無源性控制器設計，達到對輸出有功功率平滑控制的效果；③考慮多颱風電機組同時控制問題，運用Hamiltonian系統實現，結合基於無源性的設計方法，進行多機組建模、解耦及控制的研究。與以往研究相比，本項目注重於風電機組本身特點的分析，運用控制領域最新的研究成果，針對性地解決系統中存在的控制問題，以求更好地達到最大能量獲取、無衝擊併網等控制目標，實現對直驅永磁風力發電機組的高效利用。

結題摘要

本項目針對海上風力發電機組中存在的內在非線性、協調穩定性等問題，基於無源性理論和Hamiltonian設計方法，設計非線性無源控制器，使閉環系統達到最大能量獲取、輸出功率穩定等控制目標。主要研究內容包括：①風電機組非線性控制問題。針對系統中風能捕獲功率的複雜非線性環節和同步發電機的典型非線性環節，設計非線性控制器，達到全風速範圍高效能量獲取的目標；進一步，在風電機組Hamiltonian模型實現的基礎上，進行魯棒非線性控制和輸入受限下非線性控制的研究，解決由於精確模型帶來的魯棒穩定性和輸入實現性問題；②風電機組多輸入協調控制問題。由於風電機組存在槳距角、轉矩等多種控制輸入，通過Hamiltonian能量方法和協調無源性方法，綜合設計多種控制輸入，使閉環系統具有良好的穩態和暫態性能；③風電系統多機組協同控制問題。由單機控制轉入多機控制是研究的一般規律，運用Hamiltonian系統實現，結合基於無源性的設計方法，進行多機組協同控制器設計，達到多機組同時控制的效果。與以往研究相比，本項目注重於風電機組本身特點的分析，運用控制領域最新的研究成果，針對性地解決系統中存在的控制問題，從而更好地達到高效能量獲取、多輸入協調、多機組協同等控制目標。本項目按計畫已順利完成項目計畫書中的工作，取得了較為系統、特色鮮明的創新成果。成果主要包括學術論著和發明專利：受項目資助發表在國內外學術期刊和會議上的論文有30餘篇，其中SCI檢索3篇，EI檢索19篇；編寫學術著作1部，預期2014年12月出版；申報並受理髮明專利4項，其中2項已獲授權。