风能转换系统容错控制策略研究

【摘要】：提高风能转换系统的性能对风能产业的发展具有重要意义，为减少风力发电的成本提供了契机。由于风力发电的成本很大程度上是由风能捕获效率及其可靠性决定，近年来针对风能转换系统的容错控制策略的研究已受到显著关注。论文在充分理解风能转换系统最大风能捕获控制工作原理和国内外先进容错控制策略的基础上，开展了以下研究工作： 针对T-S建模风能转换系统传感器故障，当一个传感器失效时，利用其余完好的状态反馈回路平均分担已失效回路控制律的容错控制思想，设计了风能转换系统的状态反馈主动容错控制器。仿真实验表明所设计的容错控制系统在任意一个传感器失效时，均可以实现从正常系统控制到故障系统控制的无扰动切换，保证了系统在故障状态下的稳定运行，同时也验证了此容错控制器的可行性。 针对风能转换系统执行器故障问题，分析了风能转换系统的状态方程，将风能转换系统中执行器连续增益故障转化成传动系统参数的不确定性，推导了风能转换系统的T-S模糊模型。采用状态反馈并行分布补偿结构，设计了风能转换系统执行器故障时的鲁棒容错控制器，并进行了稳定性证明。仿真结果表明风能转换系统在发生执行器故障时，仍能够实现额定风速以下的最大风能捕获，减缓了故障恶化的程度，提高了机组利用率。 针对风能转换系统中执行器故障，基于滑模控制理论，论文提出了一种新型的主动容错控制策略。设计滑模故障观测器，实时动态采集执行器故障前后数据信息，对执行器故障进行重构，达到实时故障检测的目的。通过补偿控制，保证了滑模控制器对风能转换系统的可靠控制，实现了对执行器故障主动容错的功能。仿真结果表明滑模故障观测器能够实时精确地重构风能转换系统执行器故障，主动补偿容错控制器在不影响风能转换系统动态性能的情况下，仍能实现系统的最大风能捕获。 【关键词】：风能转换系统 T-S模糊 执行器故障 传感器故障 状态反馈 控制律重构 滑模观测器 故障重构 补偿控制 容错控制
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 课题研究的背景及意义7
• 1.2 容错控制理论研究现状7-13
• 1.2.1 被动容错控制8-10
• 1.2.2 主动容错控制10-13
• 1.3 风能转换系统容错控制研究现状13
• 1.4 论文的主要研究内容13-15
• 第二章 风能转换系统数学模型及故障分析15-26
• 2.1 风轮机模型15-16
• 2.2 传动系统模型16-17
• 2.3 双馈发电机动态模型17-18
• 2.4 最大风能捕获控制18-20
• 2.4.1 风力发电系统运行区域18-19
• 2.4.2 最大风能捕获控制原理19-20
• 2.5 仿真研究20-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 基于T-S模糊模型的风能转换系统主动容错控制策略26-34
• 3.1 风能转换系统T-S模糊模型26-27
• 3.2 基于传感器冗余在线整定容错控制器设计27-30
• 3.3 仿真分析30-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 基于T-S模糊模型的风能转换系统鲁棒容错控制策略34-42
• 4.1 风能转换系统执行器故障模型34-35
• 4.2 基于T-S模糊模型的鲁棒容错控制器设计35-38
• 4.3 仿真分析38-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 风能转换系统执行器故障重构与容错控制策略42-54
• 5.1 风能转换系统滑模变结构控制42-44
• 5.1.1 滑模面的设计42-43
• 5.1.2 滑模控制器的设计43-44
• 5.2 滑模故障观测器的设计与重构44-47
• 5.2.1 滑模故障重构观测器理论44-46
• 5.2.2 执行器故障检测与重构46-47
• 5.3 主动补偿容错控制器设计47-48
• 5.4 仿真分析48-53
• 5.5 本章小结53-54
• 第六章 结论与展望54-56
• 6.1 结论54
• 6.2 展望54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-61
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文61

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