受扰永磁同步风力发电机系统速度跟踪控制

发布时间：2017-08-18 04:26

  本文关键词：受扰永磁同步风力发电机系统速度跟踪控制

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【摘要】：直驱式永磁同步风力发电机系统作为一种新型的发电系统,具有结构简单,效率高等优点,被广泛应用于现代风力发电行业中。然而风力发电系统是一个非线性、强耦合、多变量的复杂系统,由于风能信号的随机性、时变性,不可控等特点,加上外界环境中干扰造成的影响,很难获取风力发电机系统的准确数学模型,这就给初期设计带来了很大挑战。因而,针对永磁同步风力发电机系统的特性,设计一种不依赖于系统数学模型、算法简单、抗干扰性能强的先进控制算法,对于解决风力发电机系统存在的受扰问题、非线性问题以及提高风力发电系统的发电效率显得尤为重要。本文采用速度跟踪控制的方法,以最大功率跟踪控制为目标,针对直驱式永磁同步风力发电机系统抗干扰问题,致力于研究基于自抗扰控制(ADRC)的主动抗干扰控制方法,以提高系统的抗干扰能力。基于对永磁同步风力发电机系统分析的基础上,本文主要进行了以下几方面的研究：(1)针对直驱式永磁同步风力发电机系统中的非线性、强耦合、多干扰的问题,提出一种基于不依赖于数学模型的自抗扰控制方法。首先将系统的内扰包括参数摄动,模型的不确定、控制耦合、未建模动态以及系统外扰一起看成系统的总干扰,然后通过扩张状态观测器(ESO)对系统的总干扰进行估计,再通过前馈补偿的方式消除干扰的影响。仿真结果表明所提的自抗扰控制方法能够有效地抑制干扰的影响,提高系统的抗干扰能力。(2)直驱式永磁同步风力发电机系统是一个多干扰的复杂非线性系统,当系统的转矩,转动惯量以及其它参数随着风速和外界干扰剧烈变化时,扩张状态观测器(ESO)对扰动的估计精度将大大降低。针对这一问题,本文提出一种基于模型补偿自抗扰(Model-compensation ADRC)的控制方法。首先通过惯量辨识和转矩观测得到系统的部分模型信息,然后在ADRC的设计中充分利用这部分模型信息,补偿掉一些不确定性,将缓解ESO对扰动的估计压力,提高ADRC的控制性能,仿真结果验证了所提控制方法的有效性。(3)时延无可避免的存在于永磁同步风力发电机系统,时延的存在会引起相位延迟,降低闭环系统的稳定性。由于史密斯预估器可以有效地消除时延的影响,本文将史密斯预估技术引入到ADRC的设计中,提出一种基于输出预估自抗扰(PADRC)的控制方法。首先,通过史密斯预估器来消除时延的影响,然后使ADRC作用于一个无时延的环节,以便对系统的变化做出及时响应,从而提高对输入信号的跟踪能力。仿真结果表明所提的输出预估自抗扰可以有效地消除时延的影响,提高控制性能。
【关键词】：永磁同步风力发电机 速度跟踪 自抗扰控制器 模型补偿 时延
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 风力发电系统控制策略研究现状10-13
• 1.3 本文主要工作和内容安排13-15
• 第二章 直驱式永磁风力发电机系统的建模15-27
• 2.1 引言15
• 2.2 风力机及风速的数学模型15-21
• 2.2.1 风力机运行模式15-17
• 2.2.2 风速的特性及其数学模型17-20
• 2.2.3 风力机特性20-21
• 2.3 永磁同步风力发电机模型21-26
• 2.3.1 永磁同步电机模型中的坐标变换22-24
• 2.3.2 三相静止坐标系中永磁同步发电机的数学模型24-25
• 2.3.3 永磁同步发电机在d-q坐标系中的数学模型25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 自抗扰控制方法理论介绍27-33
• 3.1 引言27
• 3.2 标准的自抗扰控制基本原理27-31
• 3.3 简化自抗扰控制器31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 基于自抗扰控制的永磁同步风力发电机系统最大功率跟踪控制33-40
• 4.1 引言33
• 4.2 速度环自抗扰控制器的设计33-35
• 4.3 仿真研究35-39
• 4.4 本章小结39-40
• 第五章 基于模型补偿自抗扰控制的永磁同步风力发电机最大功率跟踪控制40-51
• 5.1 引言40
• 5.2 模型补偿自抗扰控制器的设计40-42
• 5.3 永磁同步风力发电机模型补偿自抗扰控制器的设计42-45
• 5.4 仿真研究45-50
• 5.5 本章小结50-51
• 第六章 基于输出预估自抗扰控制的永磁同步风力发电机系统最大功率跟踪控制51-61
• 6.1 引言51
• 6.2 时延系统输出预估自抗扰控制器的设计51-53
• 6.3 输出预估自抗扰控制在永磁同步风力发电机系统中的应用53-54
• 6.4 仿真研究54-60
• 6.5 本章小结60-61
• 第七章 总结与展望61-63
• 7.1 全文总结61
• 7.2 研究展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 攻读学位期间发表的学术论文目录68-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 道日娜;孟克其劳;张占强;马建光;贾大江;;基于瑞利概率分布的风力发电系统中组合风速的改进及建模仿真[J];可再生能源;2014年04期

2 魏毅立;韩素贤;时盛志;;风力发电系统中组合风速的建模及仿真[J];可再生能源;2010年02期

3 张先勇;舒杰;吴捷;;无刷双馈风力发电机组的自抗扰功率解耦控制[J];太阳能学报;2008年12期

4 夏长亮;宋战锋;;变速恒频风力发电系统变桨距自抗扰控制[J];中国电机工程学报;2007年14期

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本文编号：692689