[01275551]低风速风电机组高效风能捕获的广义跟踪控制技术

项目的科学技术成果属于控制系统一体化设计技术领域。

风电在实现我国绿色、低碳能源发展战略中具有不可替代的地位，规划至2050年风电将满足我国近20%的电力需求。

随着高风速风场的充分开发，占我国陆地面积68%且接近负荷中心的低风速地区将成为我国清洁能源发展的重要方向。

低风速风能密度低、湍流强;低风速风电机组风轮尺寸超大、动态特性差，不仅导致风能捕获效率大幅降低，而且使得单纯改进控制策略很难提高风电机组效率。

实现低风速风能的高效率捕获已成为发展低风速风电的关键所在。

研究团队历经十年攻关，提出了基于风轮气动参数、跟踪参考输入与跟踪控制关联协调的广义跟踪控制的概念与方法，突破了低风速风电机组发电效率提升的瓶颈问题。

主要科学技术贡献如下：1)基于大惯量风轮跟踪过程中风能捕获效率取决于运行叶尖速比综合风能利用系数的科学机理发现，提出了湍流风速下慢动态风轮的最大化风能捕获原理，实现了低风速风能高效率捕获的机理创新。

建立了湍流风速下大惯量风电机组风能捕获效率模型，阐明了提升低风速风能捕获效率的非传统控制技术途径。

进而：2)发明了风轮气动参数-跟踪控制关联协调的一体化设计技术。

以微调叶片关键气动参数作为一种广义控制手段，通过小幅调整气动外形参数，协调匹配风轮气动特性与跟踪控制性能，发挥它们之间的协同效应，解决了风电机组多运行工况下气动效率的整体提升，使2.X MW型低风速风电机组发电效率平均提升2%，单机年发电量提高约10万度。

发明了参考输入-跟踪控制关联协调的一体化设计技术。将传统跟踪控制中的参考输入作为一种广义控制手段，通过优化设定匹配跟踪控制性能的参考输入及其有效跟踪区间，取代忽视风电机组跟踪性能的传统最优功率曲线，实现了局部高密度风能区间的高效率捕获。在不涉及硬件改动而仅需调整参考输入设定参数的情况下，将单台风电机组年发电量进一步提升近2%。

项目的科学技术研究突破了改进控制策略的常规技术路径，形成与实现了旨在提升跟踪控制系统综合跟踪效能的广义跟踪控制新概念与新方法。它不仅包括经典意义下跟踪控制器参数的优化调整，更包括控制器以外其他可调系统结构参数与可控工艺参数的优化设计。研究成果授权发明专利28项，具有完全自主知识产权;在国内外高水平期刊上发表论文24篇，其中SCI收录12篇;出版专著《大型风力发电机组风能捕获广义跟踪控制技术》。

孙优贤院士主持的鉴定委员会一致认为：该项目技术难度大，成果创新性强，核心技术达到国际领先水平。

项目的研究成果应用前景广阔，不仅可以提升低风速机型产品风能开发利用的整体水平，而且能够增强已投运低风速风电场各型存量机组的发电能力。

近两年来，通过应用该项技术，风电制造企业与风电开发企业累计新增利润约1.13亿元，并为投运风电机组累计增发电量约6.72亿度，相当于节约标准煤23.52万吨，减少二氧化碳排放58.60万吨，有力推进了我国低风速风能开发的技术水平，社会经济效益显著。