【摘 要】
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与陆上风力发电相比,近海风力发电以风资源充足且不浪费土地资源等优点得以大力发展,但是由于近海区域的风能资源开发利用强度已渐趋饱和,使得海上风电由近海步入深海成为必然趋势。此外,漂浮式平台的应用也为利用深海风能提供有效方案,但对漂浮式风机系统而言,其所受外界载荷影响与系统建模远比陆上和近海风电机组更为复杂,浮式平台因外界载荷作用而产生更多自由度响应,平台动态响应经由塔架传导至风轮侧进而影响叶片变桨效
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与陆上风力发电相比,近海风力发电以风资源充足且不浪费土地资源等优点得以大力发展,但是由于近海区域的风能资源开发利用强度已渐趋饱和,使得海上风电由近海步入深海成为必然趋势。此外,漂浮式平台的应用也为利用深海风能提供有效方案,但对漂浮式风机系统而言,其所受外界载荷影响与系统建模远比陆上和近海风电机组更为复杂,浮式平台因外界载荷作用而产生更多自由度响应,平台动态响应经由塔架传导至风轮侧进而影响叶片变桨效果,同时叶片变桨控制亦会影响平台动态响应。因此,亟需对漂浮式风电机组进行控制策略设计以确保在复杂多变的外界环境和系统模型不确定性状况下,达到抑制平台运动稳定输出功率和减少机组疲劳载荷的目的。本文针对5MW驳船式漂浮风机设计滑模、智能PID等变桨控制方法,基于NREL开发的气动-水动-伺服-弹性开源软件FAST与MATLAB/Simulink形成联合仿真平台,所提出的控制方案与传统PI控制进行对比验证,从机组功率、平台动态响应及机组动态载荷三个方面展开分析,具体工作内容如下:（1）针对强非线性、强耦合的海上漂浮式风电机组动力学系统,构建漂浮式风电机组的不确定仿射非线性模型,考虑取决于平台速度的转子参考转速设计滑模面,采用超螺旋算法作为二阶滑模统一变桨控制律,一方面减弱一阶滑模的抖振问题,另一方面解决受海浪风速等随机干扰引起浮式支撑平台运动而产生的疲劳结构载荷及功率波动问题。（2）在漂浮式风电系统不确定项上界未知的情况下,变桨控制器切换增益过大将引起滑模控制抖振现象,考虑将自适应滑模控制应用于风电机组系统中,提出基于障碍函数的自适应高阶滑模控制策略,对漂浮式风机进行统一变桨控制。对控制参数设计自适应律,解决系统不确定性上界未知情况,实现控制器参数依据海浪和风速随机扰动自适应调整,达到减少平台运动,抑制机组重要部位的动态载荷和功率大幅度波动的目的。（3）针对漂浮式风机运行统一变桨控制时,与平台运动之间耦合作用加剧平台运动的问题,提出独立变桨控制策略处理叶片转矩并改善平台运动,设计模糊PID统一变桨控制与径向基函数神经网络（Radial Basis Function Neural Network,RBFNN）整定PID独立变桨控制相结合的控制策略,解决机组在常规PID控制下动态性能不稳定、控制器参数调节困难,适应能力较差等问题,实现减少平台运动,抑制机组动态载荷和功率波动的目的。
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