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自抗扰控制技术在风电变桨控制系统中的应用的中期报告
一、研究背景和意义
风能作为一种清洁、可再生的能源形式，近年来备受关注。风电作为风能转换为电能的一种技术手段，因其具有高效、环保等特点，现已成为新能源电力系统中发展最快的领域之一。风电变桨系统是风电系统中的重要组成部分，其主要功能是控制叶片角度来调节风机叶片的转速和功率输出，以保证风机在不同风速下的运行状态和电力输出。随着风电技术的不断发展和更新换代，变桨系统也在不断优化升级。
然而，变桨系统存在一些问题。一方面，变桨系统中的受控对象不确定性大，非仿射、非线性等特性，对控制系统提出了更高要求。另一方面，由于风力发电场所处的环境复杂，容易受到外界干扰和扰动的影响，如风速变化、机械振动等，进而影响风机的工作效果和安全性。因此，如何提高变桨系统的控制性能和抗干扰能力已成为当前风电行业关注的难点和热点问题。
为解决上述问题，研究采用自抗扰控制（self-disturbancerejectioncontrol，SDRC）技术来优化风电变桨控制系统具有重要的意义。自抗扰控制是在保证系统自身稳定的前提下，通过主动跟踪模型误差，以实现对扰动信号的有效抑制，从而提高系统的控制精度和鲁棒性。
二、研究进展
针对风电变桨控制系统中存在的不确定性和非线性等问题，研究提出了一种基于自抗扰控制的变桨控制方法。主要步骤包括：建立非线性模型、设计SDRC控制器、仿真和实验验证等。
（1）非线性模型的建立
变桨系统可以看作是一个双自由度控制系统，包含两个主要控制量：叶片转矩和叶片角度。考虑到风电机组所面临的多种扰动，如风速、姿态、塔架振动等，系统模型应考虑这些扰动对受控量的影响。因此，采用基于状态空间描述的模型，综合考虑风机叶片转速、转动惯量、转子侧动力矩、叶片弹性变形等多种因素，建立变桨系统的非线性数学模型。
（2）SDRC控制器的设计
SDRC控制方法是当前控制技术中的一种前沿技术，其核心思想是通过自我适应控制方式实现对外部扰动的抑制，不需要依赖于扰动的具体模型。本研究采用SDRC控制系统来实现对风电变桨控制系统的优化升级。设计SDRC控制器需要设置大小不等的多个控制通道，并根据所要控制的受控量设置不同的惩罚项，对主/副通道进行划分，提高控制系统的鲁棒性和抗扰动性能。
（3）仿真和实验验证
最后，通过针对真实风电机组模型的仿真分析和实验验证，对所提出的自抗扰控制策略性能进行评估。在仿真实验中，设计了多种干扰信号对模型进行了测试，评估了SDRC控制器对扰动的抑制效果；实验验证结果表明，采用SDRC控制器可以显著提高控制系统的精度和鲁棒性。
三、展望与总结
当前，风电行业正朝着更加智能化和自动化发展，而变桨控制系统是其中不可或缺的一环。基于自抗扰控制技术的变桨控制方法，可有效提高系统的控制精度和鲁棒性。未来，该技术还可以结合其他控制策略，如模糊控制、预测控制等，进一步优化风电变桨系统的性能。