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Passivity-based control of drivetrain torsionl vibration of wind turbine
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资源说明：本文研究的是风力发电系统传动链扭转振动的无源性控制问题。文中提到的研究背景是，随着风力发电机组容量的增大，机组体积和弹性增大，风力发电系统传动链载荷增加，特别是由于大型风力机传动系统阻尼小，超调大，调整时间长，风载荷波动将使传动链扭矩大幅波动，激发机组的固有谐振频率，引发共振，从而影响机组的稳定性、缩短机组寿命，并使发电机的输出功率产生振荡。因此，如何有效降低风力机传动链的疲劳载荷、抑制振动，同时提高输出功率品质，是一个具有重要研究意义的问题。
为了解决上述问题，文中提出利用基于端口受控哈密尔顿（PCH）模型的无源性控制（PBC）方法。PCH模型在建模时能够保持系统的物理结构特性，对于研究和控制风力发电系统中的非线性问题具有特殊的优势。本文中，首先建立了风力发电传动系统两质量块模型，并将其转化为PCH模型，进而设计了无源控制器。无源控制器的设计基于系统能量角度，结构简单，参数调整物理意义明确。文中还提出，无源控制器能有效降低传动链疲劳载荷，抑制扭转振动，并提高输出功率品质。
对比传统PID控制策略，无源控制策略有更佳的控制效果，这在Matlab仿真平台上得到了验证。PID控制方法虽然被广泛应用于工业控制领域，但在风力发电系统中，传统的PID控制方法往往因为其无法处理风力发电系统的强非线性问题，而在抑制传动链振动方面存在局限性。而本文提出的无源控制策略能更好地适应风力发电系统的复杂动态特性。
文中还提到了风力发电系统模型，包括空气动力学模型和风力机传动链模型。空气动力学模型描述了风力机在风速作用下捕获风能并产生气动转矩的过程。通过空气动力学特性可知，风力机的机械功率和气动转矩与风速、风轮机转子半径、空气密度、桨距角、风轮转速等参数有关，且风力发电机具有很强的非线性。风力机的特性可通过功率因数CP(λ,β)与叶尖速比λ和桨距角β的关系曲线来表示。
风力机传动链模型采用了永磁同步风力发电系统，由风轮、传动轴及发电机组成。利用两质量块模型来描述风力发电传动系统的动态特性。该模型将风力发电传动系统简化为两个质量块，分别代表风轮和发电机，它们通过传动轴连接，模型中涉及扭矩、角速度、转动惯量、阻尼系数和扭转刚度等动力学参数。
本文提出的研究成果表明，通过建立精确的数学模型并设计出合适的控制器，能够有效抑制风力机传动链的扭转振动，减小疲劳载荷，从而提高风力发电系统的稳定性和输出功率品质。这些研究结果对于风力发电行业的技术进步具有积极的推动作用。
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