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A Tutorial on the Dynamics and Control of Wind (教程的动力学和控制的风)
A Tutorial on the Dynamics and Control
of Wind Turbines and Wind Farms
Lucy Y. Pao and Kathryn E. Johnson
Abstract— Wind energy is currently the fastest-growing en-
ergy source in the world, with a concurrent growth in demand
for the expertise of engineers and researchers in the wind energy
field. There are still many unsolved challenges in expanding
wind power, and there are numerous problems of interest to
systems and control researchers. In this paper, we first review
the basic structure of wind turbines and then describe wind
turbine control systems and control loops. Of great interest are
the generator torque and blade pitch control systems, where
significant performance improvements are achievable with more
advanced systems and control research. We describe recent
developments in advanced controllers for wind turbines and
wind farms, and we also outline many open problems in the
areas of modeling and control of wind turbines.
I . INTRODUCTION
Wind energy is a fast-growing interdisciplinary field that
encompasses many different branches of engineering and
science. According to the American Wind Energy Associ-
ation, the installed capacity of wind grew at an average
rate of 29% per year over the years 2002-2007 [1]. At the
end of 2007, the installed capacity in the United States
was nearly 17,000 megawatts (MW) and the worldwide
Fig. 1. The installed wind energy capacity worldwide has grown signifi-
installed capacity was over 94,000 MW (see Fig. 1). Wind cantly over the last decade. Capacities for
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