风力机风速控制：前馈控制与自适应增益策略

"这篇文档研究了风力机的风速测控系统，特别是应用前馈控制策略以提高风能捕获效率。文章介绍了变速变浆距风力机的工作原理，并提出了修正的转矩控制规则，结合卡尔曼滤波算法对气动转矩进行估计以及牛顿-拉夫逊算法来预估有效风速值，以实现更精确的控制。此外，还探讨了自适应增益的转矩控制策略以应对风力机老化和磨损引起的变化。" 在风力发电领域，前馈控制是一种重要的策略，它旨在提前预测扰动并调整控制变量，以改善系统性能。在风力机风速测控系统中，前馈控制的关键在于准确估计风速和气动转矩，这对于最大限度地捕获风能至关重要。文献中提到，风力机的气动功率与其叶片设计、风速以及风能利用系数密切相关。当风速变化时，通过实时调整桨叶角度（节距角）和发电机转矩，可以使风力机保持在最优运行状态。 变速变浆距风力机的控制目标是使风轮在各种风速下尽可能接近最佳叶尖速比。文献提出了修正的转矩控制规则，通过引入增益G，以加快风轮对风速变化的响应。此外，考虑到风力机部件老化和磨损导致的性能变化，文章引入了自适应增益M的转矩控制策略。自适应增益M的计算涉及到控制器的离散时间步kx和一个常量增益，其值影响系统的稳定性。 风速的准确估计是前馈控制的核心。由于实际风场的复杂性和不确定性，如湍流、塔架效应、风剪切以及地面粗糙度，单纯依赖风速计的测量可能存在误差。文献中提到了结合卡尔曼滤波算法来估计气动转矩，这是一种有效的数据融合方法，可以减少噪声干扰，提高风速估计的精度。同时，牛顿-拉夫逊算法用于预估有效风速值，进一步优化控制效果。 前馈控制框图展示了整个控制系统的结构，包括风速估计和转矩控制模块，这有助于理解风力机如何根据预测的风速变化实时调整工作状态，以达到最大风能捕获和高效发电。这种智能控制策略对于提高风力发电的效率和可靠性具有重要意义，特别是在当前对可再生能源需求不断增长的背景下，风能作为一种清洁、可持续的能源，其开发和利用技术的改进显得尤为关键。