Back-to-back Converter Control of Grid-connected Wind Turbine to Mitigate Voltage Drop Caused by Faults
本文研究了并联逆变器控制在并网风力发电机系统中的性能，通过设计电网侧逆变器的切换策略以改善故障引起的电压下降，并将风力发电机的最大可用有功功率注入电网，同时调节直流链电压。
2017-07-11 cs.SY eess.SY
Implementation of Advanced Wind Turbine Controllers for Scaled Turbine Testing in a Wind Tunnel
基于一系列的两个实验活动测试先进的控制器在规模的风力涡轮机运行在风洞中，本文介绍了整体的实验方法，面临的挑战，经验教训，以及未来的工作机会。这两项活动分别于2018年秋季和2019年秋季进行，分别使用迎面风的预览干扰测量值测试了无约束和有约束的最佳叶片变桨控制器。具体而言，第一项研究考虑了扩展到线性二次型调节器，包括前馈作用，而第二次部署模型预测控制，将致动器的约束到最优控制问题。这些活动的结果已经在关于控制系统的技术会议和期刊论文中发表;但是，这些工作中没有包括关于如何实施控制器的细节。我们的目标是填补这一空白，这是针对风能社区的贡献。我们描述了实验设置的几个方面，特别是提供了用于控制器的软件和硬件的详细信息;分享了对过程中困难的几个方面的见解以及我们如何克服这些挑战;并总结了基于模拟的研究和物理测试之间的主要区别。通过这样做，我们希望分享我们在实验活动中所学到的东西，并为其他希望在风洞设施中进行缩放风力涡轮机实验的人提供参考。
2022-01-26 cs.SY eess.SY
Robust LQ Optimal Control for Wind Turbine Power Tracking Operation
本文提出了一种基于线性矩阵不等式和增广状态模型的鲁棒线性二次最优控制方法，用于风力发电机的精确有功功率跟踪，仿真表明其在确保鲁棒稳定性的同时提高了跟踪精度且未增加机械磨损。
2024-07-30 cs.SY eess.SY
A control-oriented wind turbine dynamic simulation framework which resolves local atmospheric conditions
风力涡轮机可能会遇到当地天气扰动，这是没有考虑到常用的风力涡轮机模拟包。没有这些信息，它是极具挑战性的评估控制器性能方面的影响，当地的大气条件的变化。另一方面，等到实地测试时间太晚，成本也太高。为了填补这一空白，在本文中，我们开发了一个面向控制的涡轮机动态仿真框架，以评估控制器的性能，考虑当地大气条件的扰动。这一目标是通过将内部风力涡轮机（IWT）模型集成到天气研究和预报（WRF）模拟工具中来实现的。建议的框架上实施的5 MW参考风力涡轮机，说明了当地大气条件的影响。控制器的性能结果进行了比较，来自疲劳，空气动力学，结构和湍流（FAST）模拟器作为验证。仿真结果表明，所提出的WRF-IWT模型能够捕捉涡轮动力学和控制器性能的复杂的本地大气条件的扰动。所提出的框架可以用来帮助设计控制器，这是更适用于现实世界的风力条件。
2022-11-01 cs.SY eess.SY
Wind Turbines Partial Load Power Regulation Using a Fast MPC Approach
本文利用模型预测控制（MPC）方法在部分负荷区域的优势来调节风力涡轮机的输出功率。在该区域中，所设计的控制器的目的是从风中捕获最大功率。当风速高于额定风速（满负荷区域）时，控制策略是使输出功率和发电机转速保持在其额定值。由于风力涡轮机的非线性和变量的约束，这是一个具有挑战性的问题，提出了两种基于MPC的方法，即在线和离线MPC方案，保证所有约束的满足和处理系统的非线性。最后，对这两种方法的有效性进行了比较。
2019-11-08 cs.SY eess.SY
Condition monitoring of wind turbine blades via learning-based methods
该研究针对风力机叶片状态监测问题，提出结合主成分分析与自编码器的学习型故障检测方法，经真实风机数据验证具备有效性。
2024-10-31 cs.SY eess.SY
Hardware-in-the-loop wind-tunnel testing of wake interactions between two floating wind turbines
Politecnico di Milano（米兰理工大学）
本文提出了一种硬件回路风洞方法，用于研究两个漂浮风力涡轮机之间的尾流相互作用，通过完全耦合的气动载荷和平台动力学分析，揭示了尾流对平台运动的影响，并验证了漂浮风电场模型和控制策略。
2026-01-11 cs.SY eess.SY
Edge Intelligence Empowered UAVs for Automated Wind Farm Monitoring in Smart Grids
随着风力发电的开发，更多的涡轮机将部署在可能具有恶劣工作条件的偏远地区（例如，海上风电场）。恶劣的工作环境可能会导致涡轮机的巨额运营和维护成本。部署无人驾驶飞行器（UAV）进行涡轮机检查被认为是人工检查的可行替代方案。无人机自动化检查的一个重要目标是最大限度地减少无人机检查所有涡轮机的飞行时间。因此，本文的第一个贡献是制定一个优化问题，以计算满足上述目标的涡轮机检查的最佳路线。另一方面，无人机有限的计算能力可以用来增加风力涡轮机的发电量。可以通过控制涡轮机的偏航角来优化涡轮机的发电。预测风速和风向等风况对于解决这两个优化问题至关重要。因此，无人机可以利用其有限的计算能力来进行风预测。通过这种方式，无人机在海上风电场形成了边缘智能。根据预测的风况，我们设计了两种算法来解决公式化的问题，然后用实际数据对所提出的方法进行评估。结果表明，所提出的方法提供了一个改进的44%的涡轮发电相比，提前一小时的预测和25%的无人机的飞行时间相比，选择的基线方法减少。
2020-09-23 cs.SY eess.SY
Model Predictive Control of Wind Turbines with Piecewise-Affine Power Coefficient Approximation
针对风力机多回路控制问题，提出基于功率系数分段仿射近似与混合整数建模的无静差双线性 MPC，OpenFAST 仿真表明其可统一适应全风况并精确跟踪功率、降低高风速载荷。
2023-11-20 cs.SY eess.SY
Performance Fault Detection in Wind Turbines by Dynamic Reference State Estimation
风电场的运营和维护成本占风电场总寿命成本的很大一部分。它们还包括可避免的发电业绩不佳造成的收入损失的机会成本。我们提出了一个基于机器学习的决策支持方法，最大限度地减少这些机会成本。通过分析涡轮机运行中的遥测传感器数据流、估计高度精确的功率参考关系和基准测试，我们可以以涡轮机和现场特定的方式检测与性能相关的运行故障。基于机器学习算法和回归量集的组合来选择最准确的功率参考模型。如果超出正常操作状态边界，则可以警告操作人员。我们展示了一个商业并网陆上风力发电机的案例研究中的性能故障检测方法。诊断检测到的性能不佳的事件，我们发现，观察到的发电缺陷与转子叶片的不对准有关的涡轮机的叶片致动器的低液压一致。
2020-05-01 cs.SY eess.SY
An Integrated Optimization Framework for Multi-Component Predictive Analytics in Wind Farm Operations & Maintenance
近年来，在使用传感器数据指导风电场运营和维护方面出现了前所未有的增长。新兴的传感器驱动的方法通常集中在单个涡轮机系统的最佳维护程序，或者将风电场中的多个涡轮机建模为单个组件实体。实际上，涡轮机由多个部件组成，这些部件在其整个寿命期间动态地相互作用。这些相互作用对于涡轮机故障风险的实际评估和控制至关重要。本文提出了一个综合框架，该框架结合了i）用于预测每个组件剩余寿命分布的实时退化模型，ii）用于确定最佳风电场维护和运行的混合整数优化模型和求解算法。维护决策确定修复每个组件的最佳时间，这反过来又决定了涡轮机的故障风险。更具体地说，优化模型的特点是一个涡轮机的故障时间的第一次，它的组成部件之一失败-一个系统的可靠性概念称为竞争风险的开发。由此产生的涡轮机故障影响风电场运营和收入的优化。进行了广泛的实验，多个风力发电场与300风力涡轮机- 1200组件-展示了所提出的框架的性能超过传统的方法。
2021-01-04 cs.SY eess.SY
Noise Measurement of a Wind Turbine using Thick Blades with Blunt Trailing Edge
本研究对采用钝尾缘厚叶片的100kW风力机进行噪声测量，依据IEC 61400-11标准并针对小型风力机特性调整测量方法，以评估其噪声特性。
2023-09-03 cs.SY eess.SY physics.flu-dyn
Coherent Design of Wind Turbine Controllers Considering Transitions between Operating Regions using Fuzzy Membership Functions
针对风力涡轮机部分负载与满负载运行区域切换问题，提出 Takagi-Sugeno 模糊框架下基于扇区非线性方法的模型化控制器设计，并通过高保真模型仿真验证其稳定性、性能与适用性。
2024-05-10 cs.SY eess.SY
Z-source Inverter Based Grid-interface For Variable-speed Permanent Magnet Wind Turbine Generators
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
本文提出一种基于Z源逆变器的并网系统，用于变量速度永磁风力发电机，在不同风况下通过永磁同步发电机、二极管整流器和Z源逆变器实现最大风能捕获。
2013-07-15 cs.SY eess.SY
Feedforward control for wave disturbance rejection on floating offshore wind turbines
浮动海上风力涡轮机允许在深水中收获风能。然而，当浮式平台被风和波浪激励时，可能导致额外的动力学和结构载荷。在这项工作中，传统的风力涡轮机控制器的补充与一种新的线性前馈控制器的基础上波测量。前馈控制器的目的是衰减由波浪强迫引起的转子速度变化。为了设计这种控制器，开发了一个线性模型，描述了系统对入射波的响应。以DTU 10 MW汽轮机和INNWIND.EU TripleSpar平台为参考，采用高保真数值工具对反馈-前馈控制器的性能进行了评估。在不规则波和湍流风的存在下的仿真表明，前馈控制器有效地补偿了波浪引起的转子振荡。新的控制器能够减少26%的转子速度变化。因此，与静水中运行相比，剩余的转子速度变化仅高出4%。
2020-04-06 cs.SY eess.SY
A Grid Fault Tolerant Doubly Fed Induction Generator Wind Turbine via Series Connected Grid Side Converter
随着风力涡轮机渗透率的稳步提高，电网互连的监管标准正在发展，要求风力发电系统穿越故障等干扰，并在此类事件期间支持电网。用于提供穿越的双馈感应发电（DFIG）架构的常规修改导致在故障事件期间对涡轮机轴和电网电流的有限控制。其中电网侧转换器与电网连接串联连接而不是并联连接的DFIG架构已经示出了改进的低电压穿越，但是功率处理能力差。本文提出了一种采用并联网侧整流器和串联网侧变流器的双馈风力发电机的统一结构。这两个转换器的组合实现了不受阻碍的功率处理和改善的电压扰动穿越。为这个统一的体系结构的动态模型和控制结构的开发。该系统的操作说明使用计算机模拟。
2022-01-21 cs.SY eess.SY
Fault Diagnosis and Prognosis Capabilities for Wind Turbine Hydraulic Pitch Systems
本文针对高功率风力涡轮机液压变桨系统，提出非线性动态模型并结合结构分析评估故障诊断能力，探索减少传感器数量的可能性及对模型不确定性的鲁棒性。
2024-10-17 cs.SY eess.SY
Real-time Transient Simulation and Studies of Offshore Wind Turbines
本文介绍了符合行业标准的海上风力涡轮发电机实时仿真模型。关键的控制功能，如负序注入，序电流限制，电压穿越和功率削减的设计，以满足未来的海上风电场的电磁暂态（EMT）测试和控制的行业要求。在Opal-RT实时仿真器中开发了平均值和开关详细模型。这些模型的实时能力进行了比较，显示的平均值模型的有效性方面的准确性和计算效率。平衡和不平衡故障的研究说明了所提出的涡轮机模型在故障事件期间注入有功和无功电流的能力。该模型的验证对第二代通用风力涡轮机模型提出的西部电力协调委员会（WECC）。验证结果表明，所提出的模型与WECC通用模型是一致的。此外，该模型提供了一个扩展的能力，在不平衡故障条件下减轻有功功率振荡。
2022-02-04 cs.SY eess.SY
Development of a mobile robot assistant for wind turbines manufacturing
风力涡轮机的额定容量增加的推力已经导致更大的发电机、更长的叶片和更高的塔。目前，风力涡轮机制造商正在提供高达16兆瓦的风力涡轮机，在过去五年中，设计容量增加了近60%。这些涡轮机的制造涉及到巨大尺寸部件的组装。由于频繁的设计更改和所涉及的各种任务，传统的自动化是不可能的，使其成为劳动密集型活动。然而，大型部件的处理和组装对人类的能力提出了挑战。本文提出了使用移动机器人助手实现风力涡轮机制造的部分自动化。机器人助手可以降低生产成本并改善工作条件。本文介绍了一种机器人助手的开发，为人类操作员有效地执行风力涡轮机的装配。该案例来自一家领先的风力涡轮机制造商。所开发的系统也适用于其他情况下的大型部件制造涉及密集的手工劳动。
2022-08-09 cs.RO cs.SY eess.SY
WAKE-NET: A 3D-Wake-Aware Economic Turbine Layout and Cabling Optimization Framework for Multi-Capacity Multi-Hub-Height Wind Farms Serving Grid-Scale and Industrial Power Systems
University of Houston（休斯顿大学）
提出WAKE-NET框架，集成涡轮机布局、容量选择、电缆布线和轮毂高度多样化，通过尾流感知优化提高风电场能量产量和经济评估的可靠性。
2026-06-11 cs.SY eess.SY
Turbulence-based load alleviation control for wind turbine in extreme turbulence situation
风力发电机在极端风况下所承受的极端载荷是评估结构可靠性的关键。因此，需要设计和部署荷载减缓控制方法，以减少极端风事件的不利影响。这项工作表明，极端的负载是高度相关的风的条件，如湍流引起的风切变。基于这种见解，这项工作提出了一种基于顺应性的负荷缓解控制策略，以适应控制器在风况的变化。基于转子载荷的转子平均风切变的估计被示出，并且在本文中用于统计地表征用于控制目的的极端风事件。为了证明这些好处，使用高保真气动弹性工具和DTU 10 MW参考涡轮机在正常和极端湍流风条件下进行了模拟。结果表明，该方法能有效地降低极端荷载的发生概率。同时，该方法可以使正常运行条件下的年发电量损失最小。
2021-04-16 cs.SY eess.SY
Integrated Multiport Back-to-Back Power Converter for Type-4 Wind Turbine Generator with Hybrid Energy Storage System
本文提出了一种新型的集成多端口双向背靠背功率转换器的类型4风力涡轮机，容纳电池和超级电容器的能量存储。该电路拓扑比传统配置减少了4个开关。此外，由于双降压结构嵌入在相脚中，电路没有短路路径，因此它承受短路事件的时间比正常相脚长得多，并防止在关断恢复中的反向电流。使用具有电池和超级电容器的混合储能系统有助于在阵风下平滑功率输出，并在电网故障条件下稳定直流链路电压。案例研究进行了1.5兆瓦的风力涡轮机系统。仿真结果提供了理论验证。
2022-09-13 cs.SY eess.SY
Reduced-order Aggregate Dynamical Model for Wind Farms
University of Minnesota（明尼苏达大学）
本文提出了一种用于由相同并联连接的Type-3风电机组组成的风场的降阶聚合模型，通过机械动力学和电气动力学的建模，实现了对整个风场动态的等效捕捉，并通过数值模拟验证了该模型的准确性和计算优势。
2018-10-27 cs.SY eess.SY
Reliability and Preventive Maintenance of Ducted Wind Turbines
本文针对涵道风力涡轮机（DWT）提出可靠性寿命分析与预防性维护计划，以3.5千瓦D3机型为例，采用ASTM E3159标准进行部件级分析，旨在延长寿命、降低成本并保持能量输出。
2024-03-14 cs.SY eess.SY
Wind Turbine Model and Observer in Takagi-Sugeno Model Structure
HTW Berlin（柏林应用科技大学）；Key Wind Energy GmbH（Key Wind Energy有限公司）
本文基于降阶动态非线性风力涡轮机模型设计TS状态观测器，用于估计未知有效风速，采用扇区非线性方法获得精确表示，通过LMI设计最优模糊控制。
2014-01-31 cs.SY eess.SY
Non-ideal torque control of wind turbine systems: Impacts on annual energy production
研究风力发电系统中非理想扭矩控制对年度能源产量和收益的影响，分析扭矩控制对机械功率和经济效益的影响。
2016-02-03 cs.SY eess.SY
Data Requirements and Prediction Scaling for Long-Term Failure Forecasts in Wind Turbines
本文通过比较风力涡轮机长期故障预测研究，揭示数据集规模是核心因素，并给出预测天数与涡轮机年数的线性尺度关系及“大数据”“长期”的量化阈值。
2025-01-13 cs.SY eess.SY
Convex Model Predictive Control for Down-regulation Strategies in Wind Turbines
风力涡轮机（WT）控制器通常面向最大功率提取，同时应保证合适的操作约束，使得保护WT部件免受故障。还可以设计控制策略以减少所产生的功率，例如跟踪由电网运营商提供的功率参考。它们被称为下调策略，允许平衡发电和电网负荷，以及提供辅助电网服务，如频率调节。虽然这种平衡受到风力可用性和电网需求的限制，但可以通过引入利用涡轮机动态的动能的下调策略来改善风能的质量。本文展示了如何在涡轮机的旋转部件的动能可以被用作一个额外的自由度，通过不同的下调策略。特别是，我们探讨了基于凸模型预测控制（MPC）的功率跟踪问题，在一个单一的风力涡轮机。MPC的使用使我们能够引入进一步的约束，保证流动稳定性，避免失速条件。仿真结果被用来说明所开发的下调策略的性能。值得注意的是，通过使转子速度最大化，从而使动能最大化，涡轮机仍然可以暂时保证跟踪给定的功率参考，即使在可用风力偶尔饱和时也是如此。在研究案例中，我们证明了我们的方法可以保证在饱和条件下的功率跟踪时间比传统的下调策略长10倍。
2022-09-22 cs.SY eess.SY
Modeling and control of modern wind turbine systems: An introduction
Munich School of Engineering, Technische Universität München（慕尼黑工程学院，慕尼黑工业大学）
本文介绍风力涡轮机系统发电的建模与控制，重点探讨电力部件、气动特性及控制系统的建模与控制方法，通过功率系数简化解释，分析相锁环、非线性转速控制及直流链电压控制等核心技术。
2017-03-25 cs.SY eess.SY
LIDAR-Assisted Exact Output Regulation for Load Mitigation in Wind Turbines
优化风力涡轮机性能涉及最大化能量收集，同时寻求最小化塔架结构、叶片和转子上的负载疲劳。为了提高涡轮机的控制性能，风预见测量技术，如光探测和测距（LIDAR），近年来一直是研究人员的兴趣点。在本文中，我们探讨了一个经典的控制方法，称为精确输出调节（EOR）的应用，以提高激光雷达增强风力涡轮机的控制性能。EOR控制器被设计为实现已知输入干扰的抑制，同时还确保系统输出跟踪期望的参考信号。该控制器由状态反馈控制器和前馈增益组成。激光雷达风预览信息被用来获得一个低阶外系统风动力学建模。该风力外系统用于获得前馈增益矩阵，使得EOR控制器能够有效地抑制输入干扰并实现期望的参考跟踪。在国家可再生能源实验室（NREL）5 MW参考风力涡轮机的全非线性气动弹性模型上，在部分负载和满载运行区域中，对EOR控制器进行了广泛的模拟。为了进行性能比较，我们还实现了一个基线转矩控制器和一个常用的前馈控制方法，称为扰动调节控制（DAC）。结果表明，与基线和DAC控制器相比，EOR控制器可以提供显著改善的疲劳负载减少和更平滑的功率输出，而不损害能量产生水平。
2019-10-17 cs.SY eess.SY
Fault-Tolerant Individual Pitch Control of Floating Offshore Wind Turbines via Subspace Predictive Repetitive Control
独立变桨距控制（IPC）是一种有效且广泛使用的减轻风力涡轮机叶片载荷的策略。然而，传统的IPC无法应对叶片和致动器故障，并且这种情况可能导致紧急停机和增加的维护成本。在本文中，容错个别桨距控制（FTIPC）计划的开发，以适应这些故障的浮式海上风力发电机（FOWT），基于子空间预测重复控制（SPRC）的方法。为了实现这一目标，一个在线子空间识别范式的实现，以获得一个线性近似的FOWT系统动态。然后，重复控制法制定，以达到在运行条件下，在健康和故障条件下的负载缓解。由于用于在线子空间识别的激励噪声可能会干扰风力涡轮机的标称发电量，开发了一种新的激励技术以限制特定频率的激励。结果表明，显着的负载减少FTIPC实现，同时有效地容纳叶片和执行器故障，同时限制持续激励控制动作的能量。
2020-11-04 cs.SY eess.SY
Open Source High Fidelity Modeling of a Type 5 Wind Turbine Drivetrain for Grid Integration
本工作针对Type-5风力涡轮机缺乏高保真开源模型的问题，开发了包含TC和齿轮箱的集成动力学模型，以支持电网集成与暂态稳定性研究。
2023-05-24 cs.SY eess.SY
Constrained Power Reference Control for Wind Turbines
通过控制涡轮机的功率参考以增加能量捕获，同时保持负载和发电机速度约束，可以降低风能的成本。我们将标准扭矩和桨距控制器应用于涡轮机的直接输入，并使用其设定点来改变功率输出，降低发电机速度和叶片负载瞬变。功率参考控制器在条件安全时增加功率输出，并在预期有问题的瞬态事件时降低功率输出。瞬态发电机速度和叶片负载估计使用阵风的措施，从风速估计。混合控制器从最大允许功率降低额定功率。与基准控制器相比，在恒定功率参考下，所提出的控制器导致发电机速度和叶片负载不超过原始限制，使塔架前后损伤等效负载增加1%，并使年发电量增加5%。
2021-07-21 cs.SY eess.SY
A Switching Thrust Tracking Controller for Load Constrained Wind Turbines
风力涡轮机容易发生结构退化，特别是在海上位置。基于塔架的结构健康状况，功率降额策略可以被用来减少结构载荷，以功率损失为代价。本文介绍了一种新的闭环开关控制结构，以限制单个涡轮机的推力。从参考调速器领域的发展中获得灵感，通过推力跟踪控制器扩展现有的需求功率跟踪控制器。后者仅在超过用户定义的前后推力约束时激活，该约束可基于涡轮机的实际损坏状态进行设置。在具有单调气动载荷响应的下调节器的基础上，提出了一种简单的线性推力跟踪控制器。这样的方案可以减少空气动力学负载，同时在电力生产上产生可接受的损失，在风力发电场设置中，可以通过其他涡轮机来补偿。大涡模拟验证了该方案在满足推力约束条件下的性能。
2022-04-11 cs.SY eess.SY
Control of a Floating Wind Turbine on a Novel Actuated Platform
设计浮动式海上风力涡轮机（FOWT）控制器需要解决固定底部涡轮机所没有的工程挑战。本文将FOWT控制文献中的几种方法应用于10 MW超柔性智能漂浮海上风力发电机（USFLOWT）基线发电机速度控制器。USFLOWT旨在使用轻型SpiderFLOAT平台降低资本支出，SpiderFLOAT平台是一种新型的智能浮动子结构，内置分布式执行器，用于直接控制平台倾斜和起伏。在这项工作中，USFLOWT基线控制器的改进，通过失谐和并行补偿叶片桨距和发电机转矩。SpiderFLOAT平台还允许通过分布式平台执行器进行运动补偿。两种建议的SpiderFLOAT致动器类型被认为是主动平台控制：一个低带宽的致动器，使用可变浮子镇流器，使一个倾斜平台的稳态直立位置，和一个高带宽的致动器，动态地改变子结构的几何形状，积极拒绝瞬态平台运动。每种控制方法都使用开源的气液伺服弹性风力涡轮机仿真工具OpenFAST对USFLOWT进行了测试。每种方法的性能结果进行了比较，在一个范围内的额定风速以上，并有前途的组合方法进行进一步评估，建议未来的多参数优化途径。
2021-10-27 cs.SY eess.SY
Energy Optimization of Wind Turbines via a Neural Control Policy Based on Reinforcement Learning Markov Chain Monte Carlo Algorithm
本文主要研究了基于贝叶斯强化学习的垂直轴风力发电机的数值分析和优化控制。我们专门针对小型风力涡轮机，非常适合小规模的本地和紧凑型电能生产，例如城市和农村基础设施安装。现有的文献集中在大型风力涡轮机上，这些风力涡轮机在无障碍的、大部分恒定的风廓线中运行。然而，城市设施通常必须应对快速变化的风模式。为了弥合这一差距，我们制定和实施RL策略，使用马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）算法来优化风力涡轮机的长期能量输出。基于MCMC的RL算法是一种无模型和无梯度的算法，设计者不必知道被控对象的精确动态特性及其不确定性。我们的方法通过使用乘法奖励结构来解决不确定性，与传统RL方法中使用的加法奖励相比。我们已经在数值上表明，该方法特别克服了通常与传统解决方案相关的缺点，包括但不限于组件老化、建模误差和风速模式估计的不准确性。我们的研究结果表明，所提出的方法是特别成功的捕获功率从风瞬变;通过调制发电机负载，因此转子转矩负载，使转子叶尖速度迅速达到预期风速的最佳值。已知转子尖端速度与风速的比率在风力发电应用中是关键的。所提出的方法的风负载能量效率被证明是优于其他两种方法;经典的最大功率点跟踪方法和发电机控制的深度确定性策略梯度（DDPG）方法。
2023-03-12 cs.SY eess.SY
On wind farm wake mixing strategies using dynamic individual pitch control
动态风电场控制是一种新的策略，其目的是在上游风力涡轮机上应用时变的、通常是周期性的控制信号，以增加涡轮机后面的尾流混合。因此，尾流恢复加速，导致下游涡轮机的更高功率产生。随着对风电场中的风力涡轮机的动态控制策略的兴趣的增加，提出了不同的方法。一种这样的新颖方法被称为动态单独桨距控制（DIPC）。在DIPC中，涡轮机的每个叶片桨距角被独立地控制以动态地操纵施加在风上的推力矢量的方向。因此，尾流的方向是变化的，诱导尾流混合，而转子上没有显著的推力大小变化。在本文中，不同的变化在推力方向的有效性进行了评估和比较，使用大涡模拟（LES）实验。
2020-03-25 cs.SY eess.SY
Estimation of the Plant Controller Communication Time-Delay Considering PMSG-Based Wind Turbines
针对逆变器与电厂控制器间通信时延引发风电场振荡的问题，提出基于永磁同步发电机（PMSG）风力发电机数学模型动态状态估计、利用PMU数据的鲁棒时延估计算法，经外部故障场景验证，可在线识别适合控制器模型的时延。
2024-12-02 cs.SY eess.SY
The helix approach: using dynamic individual pitch control to enhance wake mixing in wind farms
使用动态概念的风电场控制是一个研究课题，正在收到越来越多的兴趣。该方法的主要概念是风力涡轮机控制设置的动态变化导致更高的尾流湍流，并且随后由于增加的混合而导致更快的尾流恢复。因此，下游涡轮机经历更高的风速，从而增加其能量捕获。动态风电场控制的当前技术状态是改变上游涡轮机的推力的大小。虽然非常有效，但这种方法也会导致功率和推力变化增加，对能量质量和疲劳负载产生负面影响。在本文中，提出了一种新的方法，在风电场的风力涡轮机的动态控制：使用单独的桨距控制，固定框架的倾斜和偏航力矩的涡轮机上的变化，从而动态地操纵尾流。这种策略被命名为螺旋方法，因为产生的尾流具有螺旋形状。双涡轮风力发电场的大涡模拟表明，螺旋的方法导致增强的尾流混合与最小的功率和推力的变化。
2020-04-08 cs.SY eess.SY
Modeling and Verification of Lumped-Parameter, Multibody Structural Dynamics for Offshore Wind Turbines
本文提出一种结合结构柔性、土-结构相互作用与水动力学模型的非因果集总参数多体方法，用于单桩海上风机建模，仿真证明其在保证计算效率的同时能准确捕捉风浪条件下的动静态势，为分析结构特性提供了有效工具。
2025-09-16 cs.SY eess.SY physics.ao-ph
Wind turbine condition monitoring based on intra- and inter-farm federated learning
Bern University of Applied Sciences, School of Engineering（伯恩应用科学大学工程学院）；Università della Svizzera italiana, Faculty of Informatics（瑞士联合大学信息学院）；Delft University of Technology, Department of Geoscience（代尔夫特理工大学地质学院）；Remote Sensing, Stevinweg 1, 2628 Delft, The Netherlands（遥感学院，Stevinweg 1，2628 Delft，荷兰）
该研究将联邦学习应用于风力发电机状态监测的故障检测任务，对比了风场内与跨风场等不同协作策略的效果，证实多机组联邦学习可提升模型性能、减少所需数据量，同时指出跨风场协作在数据异质和不平衡场景下可能表现更差。
2024-09-05 cs.LG cs.SY eess.SY
Frequency support Scheme based on parametrized power curve for de-loaded Wind Turbine under various wind speed
随着风力在现代电力系统中渗透的增加，要求风力发电厂提供与常规发电厂类似的频率支持。然而，对于现有的风力发电机组的频率调节方案，辅助频率控制器中的控制增益难以整定，这会影响风力发电机组的频率调节性能和稳定运行，特别是当风速保持变化时。本文提出了一种新的频率调节方案（FRS）的卸载风力发电机组。代替辅助频率控制器，通过修改参数化功率对转子速度曲线来提供频率支持，包括惯性功率对转子速度曲线和下垂功率对转子速度曲线。所提出的方案的优点是，它不包含任何控制增益，一般适应不同的风速。此外，所提出的方案可以工作的整个断面的风速没有风速测量信息。对比仿真结果表明，该方案在提高系统频率响应的同时，保证了基于双馈感应发电机的变速风力发电机在各种风况下的稳定运行。此外，即使在频率调节控制期间风速降低，该方案也防止转子速度过减速。
2021-08-02 cs.SY eess.SP eess.SY
Robust Speed Control Methodology for Variable Speed Wind Turbines
提高风力涡轮机效率对于降低能源生产成本至关重要。风力发电机组的高度非线性动力学特性及其不确定的运行条件给其控制方法带来了许多挑战。针对变速风力发电机的速度跟踪问题，提出了一种基于滑模和自适应模糊干扰观测器的鲁棒控制策略。首先，推导了描述变速风力机动态特性的非线性数学模型。这个非线性模型，然后用来推导控制方法，并找到稳定性和鲁棒性的条件。控制方法被设计成跟踪导致最大能量提取的最佳风速。利用李雅普诺夫稳定性理论对稳定性条件进行了验证。通过仿真研究验证了该方法的有效性，并通过比较分析衡量了其有效性。结果表明，所开发的方法具有较高的跟踪能力和鲁棒性。此外，与经典控制方法相比，观察到更高的功率提取。
2021-06-13 cs.SY eess.SY math.OC
Knowledge Based Wind Turbine Gearbox Fault Detection Using Sparse Filtering and Graph Neural Networks
Case Western Reserve University（凯斯西储大学）
本研究提出结合稀疏滤波与图神经网络的两阶段框架，用于风力涡轮机齿轮箱故障检测，在基准测试中取得优于人工特征方法的分类准确率，验证了结构化传感器图中学习振动表示的有效性。
2026-11-03 cs.LG cs.SY eess.SY
First steps toward a simple but efficient model-free control synthesis for variable-speed wind turbines
虽然变速三叶片风力涡轮机现在非常流行，但其控制仍然是一项具有挑战性的任务。我们提出了一种新的易于实现的无模型控制方法与相应的智能控制器。几个令人信服的计算机模拟，包括一些故障调节，表明无模型控制器比经典的比例积分控制器更有效和鲁棒性。
2020-11-12 cs.SY eess.SY math.OC
Adaptive Switching Control of Wind Turbine Generators for Necessary Frequency Response
这封信提出了一种新的控制策略，风力发电机组之间的正常运行和频率支持模式切换的必要性。其思想是在检测到功率不平衡之后立即使用微分变换方法来准确地预测不安全的频率响应，以便仅在必要时自适应地激活频率支持模式。这种控制策略可以有效地避免不必要的开关与传统的使用死区，但仍然确保足够的频率响应。
2020-05-29 cs.SY eess.SY math.DS
Wind Turbine Blade Surface Damage Detection based on Aerial Imagery and VGG16-RCNN Framework
在本文中，提出了一种基于图像分析的深度学习框架，用于风力涡轮机叶片表面损伤检测。承载大约三分之一的涡轮机重量的涡轮机叶片容易损坏，并且可能导致并网风能转换系统的突然故障。风力涡轮机叶片的表面损伤检测需要大量的数据集，以便在早期阶段检测出一种类型的损伤。涡轮叶片图像通过航空图像捕获。经检验，发现图像数据集有限，因此应用图像增强来改善叶片图像数据集。该方法被建模为多类监督学习问题，并测试了卷积神经网络（CNN）、VGG 16-R CNN和AlexNet等深度学习方法，以确定涡轮叶片表面损伤的潜在能力。
2022-08-18 cs.CV cs.SY eess.IV
Optimal Control for Wind Turbine Wake Mixing on Floating Platforms
动态感应控制是一种风电场流量控制策略，其利用风力涡轮机推力变化来加速空气动力学尾流的分解并改善下游涡轮机性能。然而，当考虑浮动式风力涡轮机时，出现了使最优控制困难的附加动力学和挑战。在这项工作中，我们提出了一个伴随优化框架的非线性经济模型预测控制，它利用了一种新的耦合现有的气动尾流模型浮动平台流体动力学。耦合模型的频率响应分析表明，在不引起转子大幅度运动的情况下实现风力涡轮机推力变化是可能的。使用经济的模型预测控制，我们发现动态感应结果，导致7%的改进静态感应控制，其中动态控制器刺激唤醒故障只有很小的变化，转子位移。这种新的模型制定提供了一个起点，为浮动风力涡轮机的动态风电场流量控制策略的适应。
2023-03-27 cs.SY eess.SY math.OC
Condition Monitoring with Machine Learning: A Data-Driven Framework for Quantifying Wind Turbine Energy Loss
Institute of Computer Science（计算机科学研究所）；Aalborg University（奥尔堡大学）
本研究提出一种基于SCADA数据的风电机组状态监测机器学习框架，通过预处理分离正常运行数据以估算年能量损失，可有效检测性能退化，助力降低维护成本与停机经济影响。
2025-06-16 cs.LG cs.SY eess.SY
Deep Reinforcement Learning for Multi-Objective Optimization: Enhancing Wind Turbine Energy Generation while Mitigating Noise Emissions
Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；Center for Computational Simulation（计算仿真中心）
提出一种基于深度强化学习的扭矩-变桨控制框架，在优化风力发电能量输出的同时最小化噪声，并在SWT2.3-93风机上验证了其有效性，实现了帕累托最优控制。
2024-07-18 cs.AI cs.SY eess.SY
Offshore Wind Turbine Tower Design and Optimization: A Review and AI-Driven Future Directions
本文系统综述了海上风力发电机塔架设计优化的最新进展与挑战，并探讨了人工智能驱动的未来方向，以解决大型化带来的结构、成本与可运输性问题。
2024-12-29 cs.CE cs.SY eess.SY
An XAI framework for robust and transparent data-driven wind turbine power curve models
Berlin Institute for the Foundations of Learning and Data（柏林学习与数据基础研究所）；Korea University（高丽大学）；Max Planck Institute for Informatics（马克斯·普朗克信息学研究所）
本文提出一个可解释人工智能框架，利用物理信息基线模型自动评估数据驱动的风力发电机功率曲线模型的学习策略，以提升模型透明度、稳健性和物理合理性，并辅助模型选择与性能监测。
2023-09-06 cs.LG cs.SY eess.SY
The perils of automated fitting of datasets: the case of a wind turbine cost model
Institute for Sustainable Economic Development, University of Natural Resources and Life Sciences（自然资源与生命科学大学可持续发展经济研究所）
本文研究了自动化回归分析在风力涡轮机成本模型中的应用问题，提出了一个针对特定地点的投资成本模型，但认为通用成本模型存在缺陷，可能导致其他应用场景中出现不合理结果。
2021-12-28 cs.SY econ.GN eess.SY
