从切入到额定：多区域浮动离岸风力发电场二次频率调节控制
系统与控制
2026-04-10 v1 系统与控制
摘要
本文描述了用于浮动离岸风力发电场的多区域控制框架。具体而言，我们提出了一种新型发电机扭矩控制器，用于在 Region 2（风速处于切入与额定值之间）调节转子速度。在 Region 3（风速处于额定值及以上但低于切出速度）我们采用 PI-LQR 对集体叶片曲度进行控制。Region 2.5 风速过渡区的控制混合采用 sigmoid 加权函数作用于控制变量。我们提出了两种建模范式用于风场级功率跟踪并施加转子速度约束：一种是基于动态湍流模型的非线性模型预测控制器 (NL-MPC)，另一种是基于线性参数变动风机模型并采用湍流迟延表示湍流输送的简化阶模型预测控制器 (LPVTD-MPC)。在三种风入口条件下评估了这些方法，采用 PJM 附件服务认证准则参与二次频率调节市场。结果表明，两种方法在三个不同测试情形下均获得至少 89.9% 的得分，远高于 75% 的合格阈值。然而，LPVTD-MPC 方法的求解时间仅为 NL-MPC 的一半，但风场级功率输出波动略大，凸显了性能与计算可行性之间的权衡。该控制框架是首次针对浮动离岸风力发电场的多区域风机动力学与由市场驱动的功率跟踪目标进行集成控制。由于大型（跨区域）风速变化在波浪诱导平台摆动情况下常见，多区域控制变得日益必要。
引用
@article{arxiv.2604.08240,
title = {From Cut-In to Rated: Multi-Region Floating Offshore Wind Farm Control for Secondary Frequency Regulation},
author = {Stephen Ampleman and Dennice F. Gayme},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.08240},
year = {2026}
}