风能转换系统的多目标优化控制研究

【摘要】： 能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。利用可再生资源如风能,作为未来最重要的清洁代替能源之一,对于缓解能源匮乏具有非同寻常的意义。随着风力发电事业的蓬勃发展,风力发电技术已经成为世界各国研究的热点,其中如何获得最多的风能以及提高系统运行的可靠性等一系列关键问题得到学者们越来越多的关注。因此,风力发电的控制技术占有越来越重要的地位,同时获得了大量先进且实用的研究成果。目前,大部分文献是以额定风速以下风能的最大捕获或者额定风速以上发电机恒功率输出作为单个目标。然而风能转换系统是由风力机、传动系统、发电机、变桨执行机构以及AC-DC-AC变换器等器件有机连接组成的,其控制目标并不是单一的。因此,风能转换系统的多目标控制需要进一步深入研究。一些学者已经注意到这个问题,并取得了一定的研究成果。 Iulian Munteanu等学者根据风速的多时间尺度特性,利用频率分离原理,将风速分成低频部分和高频脉动部分。针对额定风速以下的情况,以风能的最大捕获和降低发电机系统振荡为目标,设计基于LQG优化的双频环控制器。本文受Iulian Munteanu等学者的启发,继承了双频环优化控制的思想,主要得到如下两个结果:一、针对额定风速以上的情况,以发电机恒功率输出、降低发电机系统和变桨系统振荡为目标,设计基于LQG优化的双频环控制器,仿真结果表明了所提出的控制方法是有效的。二、由于LQG控制方法严格依赖于系统的线性化模型,而处于环境较恶劣的风能转换系统的参数难免会发生较大的变化,本文将多目标混合H2/H∞控制的引入双频环控制器中,替代原有的LQG控制器。通过调整H∞指标的大小,求解得到不同的最小H2指标,实现多个目标之间的不同折衷。最后给出了仿真分析。 【关键词】：风能转换系统 优化控制 双频环 LQG H_2/H_∞控制 多目标控制
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK83
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-18
• 1.1 风能及风能利用7-8
• 1.2 风能转换系统控制策略8-10
• 1.2.1 控制目的8-9
• 1.2.2 控制策略及技术9-10
• 1.3 风能转换系统优化控制综述10-17
• 1.3.1 最大功率点跟踪(MPPT)11-12
• 1.3.2 模糊控制12-13
• 1.3.3 PI 控制13-14
• 1.3.4 通断控制14
• 1.3.5 滑模控制14-15
• 1.3.6 QFT 鲁棒控制15-16
• 1.3.7 反馈线性化控制16-17
• 1.4 论文所做的工作17-18
• 第二章 风能转换系统模型18-30
• 2.1 风能转换系统基本组成18
• 2.2 风能转换系统模型18-23
• 2.2.1 风轮模型18-20
• 2.2.2 传动系统模型20-22
• 2.2.3 DFIG 模型22
• 2.2.4 变桨执行机构22-23
• 2.3 风能转换系统的双频模型23-29
• 2.3.1 风速的双频特性23-25
• 2.3.2 风能转换系统的低频模型25-26
• 2.3.3 风能转换系统的高频模型26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 基于LQG 的风能转换系统的双频环优化控制方法研究30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 额定风速以下30-37
• 3.2.1 控制指标30-31
• 3.2.2 频率分离原理31-32
• 3.2.3 双频环及LQG 控制32-34
• 3.2.4 仿真研究34-37
• 3.3 额定风速以上37-42
• 3.3.1 控制指标37
• 3.3.2 双频环及LQG 控制37-39
• 3.3.3 仿真研究39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 基于H2/H∞的风能转换系统双频环优化控制方法研究43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 H_2/H_∞控制43-47
• 4.2.1 H_2 性能43-45
• 4.2.2 H_∞性能45
• 4.2.3 H2/H_∞控制45-47
• 4.3 风能转换系统的双频环H_2/H_∞优化控制47-52
• 4.3.1 基于状态反馈的H_2/H_∞优化控制48-49
• 4.3.2 仿真研究49-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 结束语53-55
• 5.1 结论53-54
• 5.2 展望54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-60
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文60

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