發(fā)布時間：2019-10-08 15:38

【摘要】：隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,能源需求也隨之不斷增大,包含煤、石油、天然氣在內(nèi)的化石能湖，不僅儲量有限,而且其燃燒造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染,風(fēng)能是清潔、安全、資源豐富的可再生能源,因此風(fēng)能的開發(fā)利用及研究越來越引起世界各國的高度重視。直驅(qū)永磁間步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力機直接與發(fā)電機相連接,減少了傳動損耗,因此具有發(fā)電效率高、可靠性高、運行及維護成本低等優(yōu)點,已成為大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要類型之一。永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是一個非線性、強偶合、時變系統(tǒng),由于傳統(tǒng)的控制策略對系統(tǒng)模型及參數(shù)依賴性較高,因此基于傳統(tǒng)控制策略的永磁同步風(fēng)力發(fā)電機最大風(fēng)能眼蹤控制根難獲得滿意的控制性能。H_∞控制埋論能夠有效的抑制控制系統(tǒng)參數(shù)的變化和外界擾動等因素的影響，因而木文圍繞基于H_∞控制策略直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機最大風(fēng)能跟蹤控制進行研究,主要研究內(nèi)容如下：(1) 詳細介紹了直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理，并建立了風(fēng)力機、永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型。(2)以風(fēng)力機、永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),設(shè)計出適用于H_∞魯棒控制的數(shù)學(xué)模型,井建立了參數(shù)攝動下系統(tǒng)的不確定模型。(3)針對參數(shù)不確定情況下的魯棒控制間題，基于H_∞控制理論,依據(jù)系統(tǒng)的攝動數(shù)學(xué)模型,以提高系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性與魯棒性能為目標(biāo)，綜合設(shè)計了H 控制器。并利用結(jié)構(gòu)奇異值法(μ分析方法)分析了閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能,對閉環(huán)攝動系統(tǒng)的時域輔出響應(yīng)進行仿真分析和研究。(4)基于MATLAB/Simulink軟件，搭建風(fēng)力機、永磁同步發(fā)電機以及機側(cè)變流器等模塊，對基于PI控制策略和H_∞控制策略直驅(qū)水磁同步風(fēng)力發(fā)電機最大風(fēng)能跟蹤控制進行訪真研究，井進行對比分析。(5)設(shè)計了滑模模--H_∞混合控制器,采用滑�？刂品椒ㄔO(shè)計系統(tǒng)的輸入跟蹤控制器。保證系統(tǒng)的快速跟蹤性能;采用H_∞控制萬法來設(shè)計抗擾控制器,在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時,對擾動和參數(shù)變化進行有效的抑制。
【圖文】：

用先進的技術(shù)手段開發(fā)可再生的綠色能源，調(diào)整以煤、石油、天然氣為主的能源結(jié)構(gòu)結(jié)解決環(huán)境惡化和能源危機問題，如風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能、太陽能等綠色清潔的能源發(fā)利用，使它們在能源結(jié)構(gòu)中的比例大大提高【1】�？稍偕鍧嵞茉粗�，太陽能處處皆有，開發(fā)潛力巨大，基本對環(huán)境沒有污染，但利太陽能發(fā)電目前還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問題。從目前來看，生物質(zhì)能的開發(fā)規(guī)模小；海洋中的潮汐能、波浪能發(fā)電，雖有進展，但因其不穩(wěn)定，一時難以大規(guī)模應(yīng)用。能是資源豐富、綠色、安全的可再生能源，由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)造價低、占地少、無污投資靈活、施工周期短等優(yōu)點，風(fēng)能被人們稱為這些可再生清潔能源中最有發(fā)展前景，發(fā)技術(shù)也相對成熟的能源之一【1,2】。最近幾年，隨著科技迅速發(fā)展，發(fā)電成本也在大幅下降，風(fēng)力發(fā)電的成本在新能源電中已經(jīng)接近火力發(fā)電的成本，被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的能源產(chǎn)業(yè)，也是電力能源中比增長最快的能源之一，年增幅約 27％【3,4,5】。因此，對風(fēng)電系統(tǒng)的深入研究意義重大。圖 1-1 為 1997 年到 2014 年全球風(fēng)力發(fā)電新增裝機容量情況，圖 1-2 為 1997 年到 2年全球風(fēng)力發(fā)電累計裝機容量情況【6】。從這兩個圖中可以看到，全球風(fēng)力發(fā)電裝機容在不斷快速地增加。

圖 1-2 1997-2014 年全球風(fēng)力發(fā)電累計裝機容量情況Fig. 1-2 Global installed capacity of wind power generation in 1997-2014風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，特別是控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)比較落后是阻礙我國風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的核心因素。通過我國科研人員的堅持不懈，設(shè)計出的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)已經(jīng)可以實現(xiàn)簡單的控制能力。不過如何提升發(fā)電機組在惡劣環(huán)境下的控制性能，這方面的研究探索還非常少，對于如何控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，基本都基于標(biāo)稱模型，使用 PID 算法來實現(xiàn)。怎樣做到讓系統(tǒng)具有較好的可靠性和魯棒性，且方便工程應(yīng)用，還應(yīng)該進行深入地研究【1】經(jīng)典的控制系統(tǒng)設(shè)計方法要求有一個確定的數(shù)學(xué)模型。在建立數(shù)學(xué)模型的過程中，往往要忽略許多不確定因素，但經(jīng)過以上處理后得到的數(shù)學(xué)模型已經(jīng)不能完全描述原來的物理系統(tǒng)，而僅僅是原系統(tǒng)的一種近似。對許多要求不高的系統(tǒng)，這樣的數(shù)學(xué)模型已經(jīng)能夠滿足工程要求。然而，對于一些精度和可靠性要求較高的系統(tǒng)，若采用這種設(shè)計方法，就有可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定或者控制效果較差，因此，為了解決不確定控制系統(tǒng)的設(shè)計問題，，科學(xué)家們提出了魯棒控制理論。由于魯棒控制器是針對系統(tǒng)工作的最壞情況而設(shè)計的，因此能適應(yīng)所有其它工況，所以它是解決這類不確定系統(tǒng)控制問題的有力工具。永磁同步電機有強耦合、時變、非線性等特點，為了使系統(tǒng)具備快速的動態(tài)響應(yīng)和優(yōu)
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM315

【參考文獻】

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本文編號：2546361