永磁同步风能转换系统的转速控制研究

【摘要】：风能是一种清洁的可再生能源,地球上的风能资源不仅蕴量丰富,而且分布范围广泛。当前,传统能源、电力紧缺及环境污染问题日益严重,开发利用风能等可再生能源成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分,风力发电是当今新能源开发利用中技术成熟、最具备开发条件的项目。在风力发电中控制技术占有越来越重要的地位,本文以额定风速以下最大风能捕获为目标,基于增益调度控制和反馈线性化控制方法对转速控制问题进行了研究。 本文以系统各部分的数学模型为基础,分析并建立了永磁同步风能转换系统的非线性数学模型。在该数学模型的基础上,选定一组典型工作点,采用局部线性化方法得到一簇线性模型,以额定风速以下风能的最大捕获为目标,针对不同工作点处的线性数学模型分别设计最优跟踪控制器和H∞鲁棒控制器,通过一种具有稳定性保障的插值算法得到了风能转换系统的最优跟踪增益调度控制器和H∞增益调度控制器,并在Matlab/Simulink中建立了永磁同步风力发电控制系统的仿真模型,仿真结果表明了控制方法的有效性和合理性。 与局部线性化方法借助于动态特性的线性近似不同,基于微分几何的反馈线性化可在大范围内实现精确解耦线性化。利用永磁同步风能转换系统的非线性数学模型,采用反馈线性化方法结合最优跟踪控制设计了风能转换系统的控制器,并在VisSim/ECD软件中建立了系统的仿真模型,仿真结果表明风速在额定风速以下大范围变化时,将反馈线性化与最优跟踪控制相结合的控制策略能有效控制转速跟踪风速的变化,实现永磁同步风能转换系统的最大风能捕获。 【关键词】：永磁同步风能转换系统 最大风能捕获 增益调度 反馈线性化 最优跟踪控制 H_∞鲁棒控制
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-17
• 1.1 课题来源和背景7-8
• 1.1.1 课题来源7
• 1.1.2 风能利用的背景和意义7-8
• 1.2 国内外风力发电的现状及趋势8-10
• 1.3 风能转换系统的构成10-11
• 1.4 风能转换系统的控制目的11-13
• 1.5 风能转换系统的控制技术13-15
• 1.5.1 定桨距失速调节技术13
• 1.5.2 变桨距调节技术13-14
• 1.5.3 主动失速调节技术14
• 1.5.4 变速恒频控制技术14-15
• 1.6 论文的研究工作15-17
• 第二章 永磁同步风能转换系统模型17-27
• 2.1 概述17
• 2.2 风轮模型17-20
• 2.3 传动系统模型20-22
• 2.4 永磁同步发电机模型22-24
• 2.5 永磁同步风能转换系统模型24-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第三章 永磁同步风能转换系统的增益调度控制方法研究27-43
• 3.1 概述27
• 3.2 永磁同步风能转换系统的最优跟踪增益调度控制27-34
• 3.2.1 最优跟踪控制理论28-29
• 3.2.2 最优跟踪增益调度控制器设计29-32
• 3.2.3 仿真验证32-34
• 3.3 永磁同步风能转换系统的H∞增益调度控制34-42
• 3.3.1 H∞鲁棒控制理论35-37
• 3.3.2 H∞增益调度控制器设计37-39
• 3.3.3 仿真验证39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 基于反馈线性化的永磁同步风能转换系统控制方法研究43-55
• 4.1 概述43
• 4.2 基于微分几何的反馈线性化控制理论43-48
• 4.3 永磁同步风能转换系统的反馈线性化控制48-51
• 4.4 仿真研究51-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第五章 结束语55-57
• 5.1 结论55-56
• 5.2 展望56-57
• 致谢57-59
• 参考文献59-63
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文63

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