风力机降功率策略中的凸模型预测控制

风力机（WT）控制器通常旨在最大化功率提取，同时应保证合适的运行约束以保护 WT 部件免于故障。也可设计控制策略来降低发电功率，例如跟踪电网运营商提供的功率参考。这些被称为降功率策略，能够平衡发电与电网负荷，并提供辅助电网服务，如频率调节。尽管这种平衡受风能可用性与电网需求限制，但通过引入利用涡轮动力学动能的降功率策略可改善风能质量。本文展示了不同降功率策略如何将涡轮旋转部件中的动能用作额外的自由度。特别地，我们基于凸模型预测控制（MPC）在单台风力机上探索功率跟踪问题。MPC 的使用使我们能引入进一步约束以保证流动稳定性并避免失速条件。仿真结果用于说明所开发降功率策略的性能。值得注意的是，通过最大化转子转速从而最大化动能，即使偶尔出现可用风功率饱和，涡轮仍能临时保证给定功率参考的跟踪。在案例研究中，我们证明该方法在饱和条件下保证功率跟踪的时长可达传统降功率策略的 10 倍。