针对第五类风力发电机组故障穿越增强的混合控制策略对比评估：MPC-SMC、RL-MPC与分数阶SMC-MPC

《Scientific Reports》：Comparative evaluation of hybrid control strategies for fault ride-through enhancement in type-5 wind turbines: MPC-SMC, RL-MPC, and fractional-order SMC-MPC

　　

摘要

本研究针对第五型风力发电机的低电压穿越（FRT）能力增强，对三种混合控制策略进行了对比评估：模型预测控制与滑模控制结合（MPC-SMC）、强化学习增强的模型预测控制（RL-MPC），以及本文提出的分数阶滑模预测控制（FOSMC-MPC）。尽管模型预测控制、滑模控制、分数阶微积分和强化学习各自已有成熟的研究基础，但本研究的增量贡献体现在以下三个方面：（i）将分数阶滑模动力学系统地整合到MPC预测域内部，而非作为级联附加模块；（i）在相同的70%电压跌落工况下，首次开展了基于标准化指标的三策略定量对比；（iii）提出了面向工程实施的计算分析，包括基于DSP的计算基准测试。仿真结果表明，FOSMC-MPC实现了0.20秒的电压恢复时间（RL-MPC为0.58秒）、3.2 kNm的峰峰值扭矩纹波（MPC-SMC为12.4 kNm），以及转子转速偏差±5%（RL-MPC为±12%）。上述结果应理解为仿真层面的对比性证据；硬件在环验证、场域参数不确定性扫描以及完整记录的同输入测试实验组仍不属于本文数据集范围。