風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的分析、控制與優(yōu)化方法研究.pdf

1、風(fēng)能是可再生的綠色能源，具有廣泛的應(yīng)用前景。風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由風(fēng)力機(jī)、機(jī)械傳動部分、發(fā)電機(jī)部分等組成，考慮其復(fù)雜性及特殊性，控制器應(yīng)滿足不同控制目標(biāo)的要求，對風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制方法和優(yōu)化技術(shù)的研究逐漸成為風(fēng)電領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。在風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的建?；A(chǔ)上，引入先進(jìn)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(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，對促進(jìn)風(fēng)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(shí)踐意義。
　　 論文建立了風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的風(fēng)力

2、機(jī)、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組和槳距伺服系統(tǒng)的非線性機(jī)理模型；分析風(fēng)速的多時間尺度雙頻特性，將風(fēng)速分解為低頻分量和高頻分量，建立了風(fēng)能轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)奠定研究基礎(chǔ)。
　　 針對風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)存在不穩(wěn)定性、隨機(jī)性、風(fēng)速干擾等具有一定程度的不確定性因素，提出了一種風(fēng)能捕獲模糊自適應(yīng)控制策略。首先利用風(fēng)能轉(zhuǎn)換過程的輸入和輸出，采用模糊參數(shù)自適應(yīng)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(zhì)；進(jìn)而，

3、將模糊控制器植入模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)構(gòu)架中，以模糊逆模型結(jié)合自適應(yīng)調(diào)整算法取代常規(guī)自適應(yīng)規(guī)則，設(shè)計(jì)模型參考模糊自適應(yīng)控制方法，實(shí)現(xiàn)模型動態(tài)跟蹤，該方法設(shè)計(jì)簡單，魯棒性強(qiáng)，提高系統(tǒng)了動態(tài)性能。
　　 考慮風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實(shí)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(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn)選擇魯棒加權(quán)函數(shù)，設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制器，實(shí)現(xiàn)額定風(fēng)速以下的風(fēng)能最大捕獲，并使得系統(tǒng)具有良好的魯棒性能。進(jìn)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(fēng)能轉(zhuǎn)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(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償。
　　 針對風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的風(fēng)能最大捕獲和電磁轉(zhuǎn)矩振蕩等性能的多重目標(biāo)需求，提出建雙頻環(huán)控制結(jié)構(gòu)，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(shè)計(jì)目標(biāo)，選擇合理的權(quán)重函數(shù)，采用H∞控制，通過解LMI不等式方程求得多目

5、標(biāo)控制器；其次，考慮隨機(jī)測量噪聲和任意擾動的影響，利用混合H2/H∞控制思想，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的H2/H∞控制器，通過調(diào)整H∞指標(biāo)的大小，求解最小H，指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在多個目標(biāo)間的折衷；最后，引入線性參數(shù)變化(LPV)系統(tǒng)理論，設(shè)計(jì)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(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償。
　　 基于dSAPCE構(gòu)建風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制器硬件實(shí)驗(yàn)平臺，以DSP微處理器為核心搭建風(fēng)力機(jī)模擬器，采用快速控制原型(Rapid Contro