海上风电与储能系统的鲁棒最优控制

发布时间：2017-10-01 10:05

  本文关键词：海上风电与储能系统的鲁棒最优控制

  更多相关文章： 海上风电 氢燃料电池 变桨距 鲁棒H_∞控制 LMI

【摘要】：现代社会的发展使得能源、资源与环境的矛盾越来越严重。随着化石能源的日渐枯竭,发展新的绿色能源已经迫在眉睫。风力发电因其清洁、无污染、可再生,量大面广等优点成为各国争相开发的新能源。然而由于风电不稳定与随机性,大规模并网风电会对电能质量和电网的安全性带来挑战,因此发展储能技术对风电有重要意义。在众多新型储能技术中,氢能以其独特的性质成为储能领域的新星。氢气不含碳,燃烧后不会产生温室气体,成为被广泛关注的新型能源。发展风氢互补系统是最值得期待的未来能源形式之一。在对控制理论的研究中,鲁棒控制是近年来取得较大发展的控制方法。针对风电和储能联合系统中存在的不确定性和干扰,应用鲁棒H_∞控制变桨距系统可以很好地抑制风对海上风电系统的动态载荷的干扰。在对氢燃料电池的空气供应系统中,对压力的控制是中心问题之一。针对建模过程中忽略的高频因素和系统在运行中受到的干扰,应用鲁棒H_∞混合灵敏度控制可以将压力稳定在理想值上。本文以实现风-氢耦合发电系统为研究对象。应用变速恒频技术使海上风力发电机在较大风速范围内的风能转化效率达到最优。根据海上风机受载荷波动影响大的特点,运用H_∞控制对系统受到的扰动具有鲁棒性,设计了H_∞状态反馈变桨距控制器,减少了风机承受的载荷,降低了风机的机械零部件如塔架、桨叶和传动轴的疲劳度,从而延长机组的使用寿命。最后,为解决弃风限电,提高风能的利用效率,将风场多余的风能资源通过电解水制成氢气,储存在质子交换膜氢燃料电池中。提高燃料电池效率的关键在于控制空气供应管道的压力稳定,从而使阴极的氧气流量充足,促进氢气的充分燃烧。通过H_∞混合灵敏度控制,实现了在模型不确定的情形下仍然能使空气供应系统的压力稳定在额定值,达到了良好的控制效果。
【关键词】：海上风电 氢燃料电池 变桨距 鲁棒H_∞控制 LMI
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614;TM911.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外风电与储能研究现状11-12
• 1.3 H_∞控制发展现状12-13
• 1.4 论文主要内容及章节安排13-15
• 第2章 鲁棒控制理论基础15-26
• 2.1 鲁棒控制问题的提出15-17
• 2.1.1 鲁棒控制针对的问题15-16
• 2.1.2 信号与系统的范数16-17
• 2.2 鲁棒控制的时域描述17-21
• 2.2.1 标准H_∞问题17-20
• 2.2.2 H_∞问题的LMI解法20-21
• 2.3 鲁棒控制的频域描述21-23
• 2.3.1 灵敏度函数21-22
• 2.3.2 混合灵敏度问题22-23
• 2.4 鲁棒H_∞控制器的有效性验证23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 风力发电系统运行原理与仿真26-41
• 3.1 风力机的建模26-29
• 3.2 海上风速的模型与仿真29-31
• 3.3 双馈电机运行原理与数学建模31-33
• 3.4 直接转矩控制基本原理33-36
• 3.4.1 双PWM变换器33-34
• 3.4.2 SVPWM控制原理34-36
• 3.5 双馈电机直接转矩控制仿真36-39
• 3.6 本章小结39-41
• 第4章 抑制载荷的海上风电机组H_∞变桨距控制41-55
• 4.1 风电机组桨距控制的分类41-43
• 4.2 抑制载荷问题的提出43-44
• 4.3 海上风机的数学模型44-48
• 4.4 鲁棒H_∞控制器的设计与仿真48-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 基于H_∞控制的燃料电池空气供应系统设计55-68
• 5.1 风氢互补系统研究现状55-56
• 5.2 质子交换膜燃料电池的模型56-61
• 5.3 H_∞混合灵敏度问题61-63
• 5.4 鲁棒H_∞控制器的设计与仿真63-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第6章 总结与展望68-70
• 6.1 工作总结68
• 6.2 研究展望68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士学位期间发表论文情况74

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本文编号：952817