基于能量的风力发电系统鲁棒自适应控制研究

发布时间：2017-08-20 17:34

  本文关键词：基于能量的风力发电系统鲁棒自适应控制研究

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【摘要】：面对当前全球生态环境不断恶化和石化能源日益短缺的趋势,新能源的开发和利用受到了全世界的关注与重视。目前,风力发电技术发展迅速,永磁直驱风力发电系统由于发电效率高、运行可靠性高、故障率低、结构简单等优点而得到广泛应用。然而,风力发电系统具有强非线性、高度不确定性等特点,采用现代控制手段设计有效的、便于应用的控制策略对提高风能利用效率、改善系统的稳定性和可靠性具有重要意义。本文采用Hamilton系统理论对永磁同步风力发电系统基于能量的鲁棒自适应控制问题进行研究,取得了如下研究成果:(1)针对永磁同步风力发电系统,分析了整体结构,详细介绍了系统主要组成部分的结构,以此为基础建立了风力机、传动机构、永磁同步发电机、桨距角控制机构等的数学模型。(2)研究了额定风速以下基于能量的永磁同步风力发电系统最大风能捕获问题。首先,建立了系统的不确定动态模型并将其转化为Hamilton系统模型;然后设计反馈控制律实现Hamilton函数的重构和期望平衡点的配置;最后基于系统的能量和结构特性设计了鲁棒自适应控制器实现最大风能捕获。仿真结果表明:当存在参数摄动以及外界干扰时,本文所提出的控制器能够在随机风速下实现风能最大捕获。(3)为了保证整个风力发电系统额定风速以上安全运行,研究了基于能量的永磁同步风力发电系统的鲁棒自适应恒功率控制问题。首先,通过将变桨距控制环节与永磁同步风力发电系统结合起来建立了变桨距控制系统数学模型;然后,设计了状态反馈控制器将系统的平衡点配置在期望的运行点并实现Hamilton函数和结构矩阵的重构;最后,利用系统内在的结构特性设计了基于能量的鲁棒自适应变桨距控制策略,通过控制桨距角变化调节转子转速维持到额定值,实现了额定风速以上风力发电系统的恒功率控制。仿真结果验证了控制方案的有效性。
【关键词】：风力发电系统 最大风能捕获 恒功率控制 耗散Hamilton系统 鲁棒自适应控制
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 课题研究的背景意义10-13
• 1.2 风力发电系统研究现状13-17
• 1.3 永磁同步风力发电系统控制研究现状17-20
• 1.4 本文主要研究内容20-22
• 2 耗散Hamilton系统的鲁棒自适应控制22-29
• 2.1 引言22
• 2.2 耗散Hamilton系统及稳定性分析22-24
• 2.2.1 广义Hamilton系统22-24
• 2.2.2 广义Hamilton系统的耗散性及稳定性24
• 2.3 非线性控制系统的广义Hamilton实现24-26
• 2.4 耗散Hamilton系统的鲁棒自适应控制26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 永磁同步风力发电系统数学模型29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 永磁同步风力发电系统整体结构29-32
• 3.2.1 风力机29-30
• 3.2.2 变流器30-31
• 3.2.3 断路器31
• 3.2.4 传动机构31
• 3.2.5 发电机31-32
• 3.2.6 控制系统32
• 3.3 永磁同步风力发电系统数学模型32-39
• 3.3.1 风速模型32-33
• 3.3.2 风力机模型33-34
• 3.3.3 传动机构模型34
• 3.3.4 永磁同步电机模型34-38
• 3.3.5 桨距角控制机构模型38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 风力发电系统基于能量的鲁棒自适应最大风能捕获控制40-51
• 4.1 引言40
• 4.2 永磁同步风力发电系统非线性不确定模型40-42
• 4.3 风力发电系统的Hamilton实现及重构42-45
• 4.3.1 Hamilton实现42
• 4.3.2 Hamilton函数重构42-45
• 4.4 鲁棒自适应控制器设计45-48
• 4.5 仿真研究48-50
• 4.6 本章小结50-51
• 5 风力发电系统基于能量的鲁棒自适应恒功率控制51-61
• 5.1 引言51
• 5.2 变桨距系统数学模型51-52
• 5.3 风力发电系统的Hamilton实现及重构52-55
• 5.3.1 Hamilton实现52-53
• 5.3.2 Hamilton函数重构53-55
• 5.4 控制器设计55-58
• 5.5 仿真研究58-60
• 5.6 本章小结60-61
• 6 总结与展望61-63
• 致谢63-64
• 个人简历、攻读硕士期间取得研究成果64-65
• 参考文献65-68

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本文编号：707979