本文關鍵詞：海上風電與儲能系統(tǒng)的魯棒最優(yōu)控制

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【摘要】：現(xiàn)代社會的發(fā)展使得能源、資源與環(huán)境的矛盾越來越嚴重。隨著化石能源的日漸枯竭,發(fā)展新的綠色能源已經(jīng)迫在眉睫。風力發(fā)電因其清潔、無污染、可再生,量大面廣等優(yōu)點成為各國爭相開發(fā)的新能源。然而由于風電不穩(wěn)定與隨機性,大規(guī)模并網(wǎng)風電會對電能質(zhì)量和電網(wǎng)的安全性帶來挑戰(zhàn),因此發(fā)展儲能技術對風電有重要意義。在眾多新型儲能技術中,氫能以其獨特的性質(zhì)成為儲能領域的新星。氫氣不含碳,燃燒后不會產(chǎn)生溫室氣體,成為被廣泛關注的新型能源。發(fā)展風氫互補系統(tǒng)是最值得期待的未來能源形式之一。在對控制理論的研究中,魯棒控制是近年來取得較大發(fā)展的控制方法。針對風電和儲能聯(lián)合系統(tǒng)中存在的不確定性和干擾,應用魯棒H_∞控制變槳距系統(tǒng)可以很好地抑制風對海上風電系統(tǒng)的動態(tài)載荷的干擾。在對氫燃料電池的空氣供應系統(tǒng)中,對壓力的控制是中心問題之一。針對建模過程中忽略的高頻因素和系統(tǒng)在運行中受到的干擾,應用魯棒H_∞混合靈敏度控制可以將壓力穩(wěn)定在理想值上。本文以實現(xiàn)風-氫耦合發(fā)電系統(tǒng)為研究對象。應用變速恒頻技術使海上風力發(fā)電機在較大風速范圍內(nèi)的風能轉(zhuǎn)化效率達到最優(yōu)。根據(jù)海上風機受載荷波動影響大的特點,運用H_∞控制對系統(tǒng)受到的擾動具有魯棒性,設計了H_∞狀態(tài)反饋變槳距控制器,減少了風機承受的載荷,降低了風機的機械零部件如塔架、槳葉和傳動軸的疲勞度,從而延長機組的使用壽命。最后,為解決棄風限電,提高風能的利用效率,將風場多余的風能資源通過電解水制成氫氣,儲存在質(zhì)子交換膜氫燃料電池中。提高燃料電池效率的關鍵在于控制空氣供應管道的壓力穩(wěn)定,從而使陰極的氧氣流量充足,促進氫氣的充分燃燒。通過H_∞混合靈敏度控制,實現(xiàn)了在模型不確定的情形下仍然能使空氣供應系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定在額定值,達到了良好的控制效果。
【關鍵詞】：海上風電 氫燃料電池 變槳距 魯棒H_∞控制 LMI
【學位授予單位】：河北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM614;TM911.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題研究的背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外風電與儲能研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 H_∞控制發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.4 論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排13-15
• 第2章 魯棒控制理論基礎15-26
• 2.1 魯棒控制問題的提出15-17
• 2.1.1 魯棒控制針對的問題15-16
• 2.1.2 信號與系統(tǒng)的范數(shù)16-17
• 2.2 魯棒控制的時域描述17-21
• 2.2.1 標準H_∞問題17-20
• 2.2.2 H_∞問題的LMI解法20-21
• 2.3 魯棒控制的頻域描述21-23
• 2.3.1 靈敏度函數(shù)21-22
• 2.3.2 混合靈敏度問題22-23
• 2.4 魯棒H_∞控制器的有效性驗證23-25
• 2.5 本章小結25-26
• 第3章 風力發(fā)電系統(tǒng)運行原理與仿真26-41
• 3.1 風力機的建模26-29
• 3.2 海上風速的模型與仿真29-31
• 3.3 雙饋電機運行原理與數(shù)學建模31-33
• 3.4 直接轉(zhuǎn)矩控制基本原理33-36
• 3.4.1 雙PWM變換器33-34
• 3.4.2 SVPWM控制原理34-36
• 3.5 雙饋電機直接轉(zhuǎn)矩控制仿真36-39
• 3.6 本章小結39-41
• 第4章 抑制載荷的海上風電機組H_∞變槳距控制41-55
• 4.1 風電機組槳距控制的分類41-43
• 4.2 抑制載荷問題的提出43-44
• 4.3 海上風機的數(shù)學模型44-48
• 4.4 魯棒H_∞控制器的設計與仿真48-54
• 4.5 本章小結54-55
• 第5章 基于H_∞控制的燃料電池空氣供應系統(tǒng)設計55-68
• 5.1 風氫互補系統(tǒng)研究現(xiàn)狀55-56
• 5.2 質(zhì)子交換膜燃料電池的模型56-61
• 5.3 H_∞混合靈敏度問題61-63
• 5.4 魯棒H_∞控制器的設計與仿真63-67
• 5.5 本章小結67-68
• 第6章 總結與展望68-70
• 6.1 工作總結68
• 6.2 研究展望68-70
• 參考文獻70-73
• 致謝73-74
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文情況74

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本文編號：952817