一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1.风力发电技术概述及其研究意义目前随着石化能源的逐渐枯竭以及对环保的日益重视，迫切需要人们开发清洁的再生能源，因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发应用已经受到世界的高度重视。
风力资源丰厚，风力发电的潜力很大，但是风能能量密度较低,目前风力发电面临的一个急待解决的问题是风能利用效率的提高。
风力机捕获的风能取决于风速、叶片浆距角和风轮转速,通过控制机构调节浆距角和风轮转速,使风力机捕获的风能跟踪最大功率曲线,可以有效地提高风力发电系统的发电效率。
20年来风力发电技术领域有了很大的成就，中国从八十年代才开始发展风力发电，但是规模远不及欧美等国，尚处于探索时期，因此，风力发电在中国能源发展中的地位及发展的前景预测这一课题有重大的战略意义和社会意义。
但是风能在利用中存在很多的问题，风能是一种存在很多不确定性的能源，风力发电系统处于自然界中，外部的干扰很多且不易预知和控制，怎样实现风能的最大捕获成为一个我们在现实风力发电时首要考虑的问题。
在现在的风力发电中，我们运用到实际的控制方法有很多，有古典控制理论部分的应用，也有PID控制的应用，且其在控制界曾处于很高的位置，但是PID使用的范围有限制，对线性系统或者能线性化的系统，其控制效果还是很好的，但是由于风能的并不确定因素很多，这样导致PID在风里发电系统中便显示出了很多的缺点。
图1所示为传统PID的控制图。
图 1 PID控制结构从这个框图可以概括出PID控制技术的如下四个方面的缺陷:第一，误差取法不合理。
系统输入信号常常是不光滑、不连续的，而输出信号通常是光滑的，因而导致系统超调或振荡；第二，微分信号的实现需要改进。
现场微分信号的实现通常采用差分或超前网络，这种方式对噪声放大作用很大，使微分信号失真而不能使用；第三，误差信号采用的线性组合不一定最合适，这种线性组合不易解决快速性和超调的矛盾；第四，积分反馈的作用主要是消除稳念误差，但它的引入也带来很多副作用，增加了系统的不稳定性以及积分饱和现象的出现。
面对这样的问题，我们也曾提出很多控制方法，比如自适应的应用，鲁棒控制和模糊控制，这些的控制效果也很好，但是由于这些的算法相对比较复杂，有些系统不易建立精确的数学模型，导致这些应用过程中会复杂。
这时自抗扰技术的发展就为我们更好的利用风能提供了一个很好的方法。
自抗扰控制理论是我国学者韩京清先生首先提出的一种利用简单非线性部件对非线性系统的状态量及其所受干扰进行检测，进而利用非线性误差反馈规律进行总体补偿的非线性控制策略。
其控制结构由跟踪微分器(TD)，扩张状态观测器(ESO)和非线性反馈组成，如图2所示。
图 2 自抗扰控制结构TD用来实现对系统输入信号的快速无超调跟踪，并给出其“广义”微分信号，通过扩张状态观测器对系统的状态和总扰动分别进行估计，根据估计的状态和扰动设计非线性状态误差反馈控制律，获得扰动分量的补偿作用。
它是一种新型的反馈线性化控制策略，它通过使用扩张状态观测器(ESO)实时、迅速、准确地获得对象摄动及外扰作用的信息，再通过自抗扰控制器(ADRC)的补偿作用就可实现对象的反馈线性化和反馈确定性化。
自抗扰控制是非线性PID控制技术的新发展，它把系统的模型摄动作用当作内扰，将其和系统的外扰一起作为系统总的扰动加以补偿，它不需要被控对象和扰动的精确数学模型，对复杂的非线性不确定对象有很强的控制能力。
2. 自抗扰控制技术的发展状况自抗扰控制技术是由中科院韩京清提出的开创性技术，在一定程度上颠覆了控制工程中的模型化方法。
其精妙的工作机理在方法论上同样具有重要的意义。
许多不同领域学者的进一步的理论分析、数字仿真和部分实验都验证了自抗扰控制对非线性、大时滞、环境变化恶劣、强不确定性控制对象都有良好的鲁棒性和适应性。
北京控制工程研究所的雷仲谋、吕振铎将自抗扰控制应用于航天器姿态控制；清华大学热能工程系孙立明、李东海、姜学智等人将自抗扰控制应用于火电站球磨机制粉系统中，所得到的计算机仿真结果也都显示了所设计的自抗扰控制器在未知强非线性和不确定强扰动作用下能保证良好的控制精度。
对于自抗扰控制器的国内外现状说明如下：美国: NASA 空间飞行器太阳能发电稳压控制; 飞机喷气发动机控制( 设计参数从100 多个减至5、6 个) ; emulater、Web-tension、ABS、计算机硬盘等的控制; 日本: 为Ampere 公司解决了商用Micro-Slide 的纳米级别精度的位移控制问题, 该公司产品化了Peltier 温控装置( 温控精度为0.05 度, 2006 年4 月已上市) ; 国内: 在电力系统、电厂控制系统、化工系统、电机调速系统、飞行器姿态控制、精密机械加工、磁悬浮系统、运动控制、信号处理、天文机械、军工系统等方面正在开展大量应用研究。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题1. 研究的基本内容(1) 学习并掌握自抗扰控制器的设计方法。
(2) 学习风力发电系统的结构及运行原理。
(3) 设计自抗扰控制器解决风力发电中存在的问题。
(4) 通过MATLAB仿真研究。
2. 拟解决的主要问题(1) 在了解自抗扰控制器基本工作原理的基础上推导自抗扰控制器的各部分，并建立其基本的数学模型。
(2) 设计自抗扰控制器，并对基于自抗扰控制技术的风力发电并网前控制研究。
(3) 通过MATLAB仿真验证所设计的控制器的正确性。
三、研究步骤、方法及措施1. 课题研究步骤(1) 查阅与课题相关参考资料，对自抗扰控制器的基本组成和工作原理熟悉了解，明确研究思路和研究内容。
(2) 在了解自抗扰控制器基本工作原理的基础上建立其基本数学模型。
(3) 根据风力发电系统并网前的基本控制原理，推导出了并网前的控制算法，设计出用于并网控制的自抗扰控制器。
(4) 熟悉了解MATLAB仿真软件，设计自抗扰控制器的仿真方案，在MATLAB软件中绘制动态仿真图，进行仿真，从而得出仿真曲线。
(5) 在得出仿真结果的基础上，比较并讨论仿真结果，从而体现自抗扰控制风力发电系统的研究意义和研究价值。
2. 本课题的主要工作及其研究方法这部分主要可阐述为以下四点：(1)了解变速恒频双馈风力发电系统的运行原理，分析研究双馈发电机的基本原理，分析了稳态情况下的数学模型和等效电路。
(2)进行了自抗扰控制器设计研究。
学习自抗扰控制器的原理与设计方法，这是本课题中控制器设计的理论基础。
学习它的三大基本组件：跟踪微分器、非线性组合环节，扩张状态观测器的基本原理并给出了自抗扰控制器各部分设计方法和设计公式，给出了各个部分参数选择规律和方法。
(3)基于自抗扰控制技术的双馈风力发电并网前控制研究。
根据变速恒频双馈风力发电系统并网前的基本控制原理，推导出了并网前的控制算法，设计出用于并网控制PI控制器和自抗扰控制器。
给出了整体控制框图。
利用Matlab建立系统模型。
对整个控制算法分别采用PI控制和自抗扰控制进行了数值仿真，给出了仿真结果，比较两种控制器的控制效果。
(4)基于自抗扰控制技术的风力发电有功无功解耦控制研究。
根据变速恒频双馈风力发电系统后的电机模型变化情况，推导出并网后的控制算法。
设计出采用PI控制器和一阶、二阶自抗扰控制器的控制策略。
设计出用于并网后有功和无功解耦控制的PI控制器和一阶、二阶自抗扰控制器，给出了整体控制框图。
建立并网后系统仿真模型。
分别采用PI控制和一阶、二阶自抗扰控制进行了数值仿真，给出了仿真结果，比较三种控制器的控制效果。
现已完成第一阶段，通过查阅相关资料文献，对自抗扰控制器的各个部分已经了解，现在正在学习了其数学建模的方法，为第二阶段的工作做准备。
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