風能轉換系統(tǒng)的分析、控制與優(yōu)化方法研究.pdf

1、風能是可再生的綠色能源，具有廣泛的應用前景。風能轉換系統(tǒng)由風力機、機械傳動部分、發(fā)電機部分等組成，考慮其復雜性及特殊性，控制器應滿足不同控制目標的要求，對風能轉換系統(tǒng)控制方法和優(yōu)化技術的研究逐漸成為風電領域研究的熱點和難點。在風能轉換系統(tǒng)的建?；A上，引入先進優(yōu)化控制理論，研究具有高精度、高效率、高動態(tài)性能的風能轉換系統(tǒng)的控制方法，對促進風電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展具有重要的理論研究價值和工程實踐意義。
　　 論文建立了風能轉換系統(tǒng)的風力

2、機、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機組和槳距伺服系統(tǒng)的非線性機理模型；分析風速的多時間尺度雙頻特性，將風速分解為低頻分量和高頻分量，建立了風能轉換系統(tǒng)雙頻歸一化低頻模型和高頻模型，為后續(xù)各種控制策略的實現(xiàn)奠定研究基礎。
　　 針對風能轉換系統(tǒng)存在不穩(wěn)定性、隨機性、風速干擾等具有一定程度的不確定性因素，提出了一種風能捕獲模糊自適應控制策略。首先利用風能轉換過程的輸入和輸出，采用模糊參數(shù)自適應控制方法，在線調(diào)整控制器參數(shù)，改善系統(tǒng)的動態(tài)品質；進而，

3、將模糊控制器植入模型參考自適應控制系統(tǒng)構架中，以模糊逆模型結合自適應調(diào)整算法取代常規(guī)自適應規(guī)則，設計模型參考模糊自適應控制方法，實現(xiàn)模型動態(tài)跟蹤，該方法設計簡單，魯棒性強，提高系統(tǒng)了動態(tài)性能。
　　 考慮風能轉換系統(tǒng)實際工況中存在參數(shù)攝動和未知干擾，引入一種混合靈敏度H∞魯棒控制方法，結合系統(tǒng)特點選擇魯棒加權函數(shù)，設計風力發(fā)電機的轉速控制器，實現(xiàn)額定風速以下的風能最大捕獲，并使得系統(tǒng)具有良好的魯棒性能。進而，引入線性參數(shù)變化（L

4、inear Parameter-varying，LPV）系統(tǒng)理論，建立了風能轉換系統(tǒng)高頻LPV模型，提出了基于H∞狀態(tài)反饋的增益調(diào)度控制器，對系統(tǒng)參數(shù)變化進行動態(tài)補償。
　　 針對風能轉換系統(tǒng)中的風能最大捕獲和電磁轉矩振蕩等性能的多重目標需求，提出建雙頻環(huán)控制結構，低頻環(huán)采用PI控制方法，高頻環(huán)根據(jù)系統(tǒng)性能要求，分別采用不同的控制方法。首先，以內(nèi)部穩(wěn)定性為設計目標，選擇合理的權重函數(shù)，采用H∞控制，通過解LMI不等式方程求得多目

5、標控制器；其次，考慮隨機測量噪聲和任意擾動的影響，利用混合H2/H∞控制思想，設計系統(tǒng)的H2/H∞控制器，通過調(diào)整H∞指標的大小，求解最小H，指標，實現(xiàn)系統(tǒng)在多個目標間的折衷；最后，引入線性參數(shù)變化(LPV)系統(tǒng)理論，設計基于H∞狀態(tài)反饋的變增益調(diào)度控制器，對低頻多變量控制器進行動態(tài)補償。
　　 基于dSAPCE構建風能轉換系統(tǒng)控制器硬件實驗平臺，以DSP微處理器為核心搭建風力機模擬器，采用快速控制原型(Rapid Contro