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MPC-Based Power Tracking Control for a Wind Energy Conversion System with PM Synchronous Generator
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资源说明：标题《MPC-Based Power Tracking Control for a Wind Energy Conversion System with PM Synchronous Generator》和描述传达的信息是，该研究论文主要讨论了如何使用模型预测控制（MPC）方法来实现基于永磁同步发电机（PMSG）的风能转换系统（WECS）的功率跟踪控制。在风能转换系统中，由于风速的随机性和风力涡轮机（WT）的非线性气动性能，系统往往会表现出非线性、不确定性和随机性等固有特性。为了应对这些挑战，论文提出了一种简化的方法，即采用预先反馈和前向差分的简化二阶线性模型来提高MPC算法的可行性，并且采用了一种快速计算方法——连续/广义最小残差（C/GMRES）方法来获得控制序列。通过仿真结果验证了设计的模型预测控制器在不同负载需求和参数扰动下的有效性。
关键词：风能转换系统，模型预测控制，广义最小残差法，功率跟踪控制。
在引言部分，首先提到了使用清洁能源、无限和可用的风资源进行电力生产对于能源节约和环境保护具有重要意义。基于永磁同步发电机的风能转换系统（PMSG-based WECS）因其高效率、高可靠性和低重量等特点，在全球范围内受到了广泛关注。然而，由于风能转换系统在技术上难以控制，因此需要使用先进的控制方法。传统的一些控制方法如自适应控制、鲁棒控制等都有其局限性，特别是自适应控制方法严重依赖于系统结构，不确定参数必须是未知的常数或变化缓慢；鲁棒控制方法对系统结构要求不那么严格，但不确定参数的边界应该已知。由于这些方法的不足，MPC方法被提出用作一种替代方案，其优势在于可以处理系统的动态特性，具有较好的应对不确定性的能力。
MPC方法的核心思想是通过建立系统的预测模型，利用当前可获得的输入输出数据，对未来一段时间内的系统行为进行预测，并在此基础上优化控制输入，以达到性能最优化。在WECS的控制过程中，MPC可以结合功率预测，以动态调整发电机的运行点，确保在风速变化的情况下，发电机能跟踪到最佳功率点。
在这篇论文中，作者提出了对MPC算法进行简化，通过引入简化后的二阶线性模型，该模型结合了预先反馈和前向差分技术，以提升MPC的可行性。同时，为了进一步提升控制效率，作者还引入了C/GMRES计算方法，这是一种用于解决大型稀疏线性方程组的快速迭代方法。C/GMRES方法允许在有限的时间内快速地计算出最优控制序列，从而提高控制器的响应速度和控制精度。
论文的仿真部分对设计的模型预测控制器进行了测试，仿真结果表明，无论是在负载需求变化还是在参数扰动的情况下，采用MPC方法的风能转换系统均能有效地跟踪到风力变化，实现对风能的最大化捕获，并且系统能在不同工况下快速稳定地达到最优工作状态。
该论文主要涵盖了风能转换系统中功率跟踪控制的重要性、传统控制方法的局限性、MPC方法的优势以及MPC在风能转换系统中的应用。通过仿真验证了所提出的MPC控制器在实际应用中的有效性，为风能转换系统的控制问题提供了一种新的解决思路。
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