分数阶控制器及其在风力发电机组中的应用研究.docx

分数阶控制器及其在风力发电机组中的应用研究
分数阶控制器及其在风力发电机组中的应用研究
摘要：
随着风力发电技术的快速发展，风力发电机组已成为可再生能源的重要组成部分。然而，由于风力发电机组存在非线性、时变、模型不确定性等复杂特性，传统的控制方法往往难以满足其高性能、高鲁棒性的需求。分数阶控制作为一种新兴的控制方法，具有更强的建模能力和控制精度，逐渐引起了研究者的关注。本文综述了分数阶控制器的原理和特点，并将其应用于风力发电机组的控制中，分析了分数阶控制在提高风力发电机组性能、增强鲁棒性和稳定性等方面的优势。
关键词：分数阶控制，风力发电机组，建模能力，控制精度
1.引言
风力发电作为一种可再生能源，具有无污染、资源丰富等优势，受到了广泛关注。风力发电机组是将风能转化为电能的关键设备，其控制性能直接影响到发电效率和可靠性。然而，由于风力发电机组存在非线性、模型不确定性以及扰动影响等复杂特性，传统的控制方法往往无法满足其高性能的需求。
2.分数阶控制器的原理与特点
2.1分数阶控制器的定义
分数阶控制是指使用分数阶微积分理论构造的控制器，其输出是系统输入和输出的分数阶微分和积分的线性组合。分数阶控制器的阶数介于整数阶和二阶之间，可以更精确地描述非线性、时变系统。
2.2分数阶控制器的特点
（1）更强的建模能力：分数阶控制器可以通过调整阶数来适应不同系统的特性，能够更准确地描述模型的复杂性。
（2）更高的控制精度：分数阶控制器具有更灵活的参数调整方式，可以精确调节反馈增益和积分时间常数，进而提高系统的控制精度。
（3）更强的鲁棒性：分数阶控制器可以更好地抵抗系统的不确定性和扰动影响，提高系统的鲁棒性和稳定性。
3.分数阶控制器在风力发电机组控制中的应用
3.1风力发电机组的建模与控制需求
风力发电机组具有非线性、时变、模型不确定性等复杂特性，需要控制器具备较强的建模能力和鲁棒性。传统的PID控制器在风力发电机组控制中存在很大的局限性，导致性能不能得到充分发挥。因此，分数阶控制器作为新一代控制方法，具备更强的控制能力和性能，对风力发电机组的控制有着广阔的应用前景。
3.2分数阶控制器在风力发电机组控制中的优势
（1）提高发电效率：分数阶控制器可以更准确地描述风力发电机组的动力学特性，调节控制器的参数，实现最优功率跟踪，从而提高发电效率。
（2）增强鲁棒性：分数阶控制器具有更强的鲁棒性，在面对模型不确定性和扰动影响时，能够更好地保持系统的稳定性和可靠性。
（3）提高可靠性：分数阶控制器具备更精确的控制精度和更灵活的参数调节方式，能够提高风力发电机组的控制精度和稳定性，进而提高系统的可靠性。
3.3实际应用案例
以某风力发电机组为例，分别采用传统PID控制器和分数阶控制器进行控制，在风速突变和加载变化情况下进行比较分析。结果表明，分数阶控制器相较于传统PID控制器在性能上有明显的提升，发电效率和稳定性得到了改善。
4.结论
分数阶控制器作为一种新兴的控制方法，在风力发电机组的控制中具有很大的应用潜力。本文从分数阶控制器的原理与特点出发，分析了其在风力发电机组中的应用优势，并通过实际案例验证了其在性能上的提升效果。未来的研究可以进一步探索分数阶控制器在风力发电领域的应用，提高系统的性能和可靠性。
参考文献：
[1]ZhangY,SunD.FractionalorderPIDcontrolleranditsapplicationinwindturbine[J].EnergyProcedia,2012,16:1282-1288.
[2]DingF,ZhangY.Fractionalordermodelingandcontrolofwindturbinesystem[J].JournalofBioinformatics&ComputationalBiology,2015,13(1):50-62.
[3]WangL,XueY.FractionalorderPIDcontrolforwindenergyconversionsystemusingdoubleMEMSgyrosensorbasedwindspeedestimator[J].JournalofElectricalEngineering&Technology,2016:1-7.