發(fā)布時間：2021-11-10 17:07

　　在風電裝機容量和規(guī)模不斷擴大的趨勢下,涌入了大量的電力電子器件、發(fā)電機等動態(tài)元件,將影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。風電系統(tǒng)內(nèi)部機、電、磁等非線性因素易激發(fā)振蕩行為,導致系統(tǒng)出現(xiàn)分岔或混沌現(xiàn)象。分數(shù)階建模與分數(shù)階控制具有更高的自由度和更優(yōu)的控制性能,且自然界中大多數(shù)系統(tǒng)都可用分數(shù)階形式描述。因此,論文結(jié)合分數(shù)階微積分理論,針對風電系統(tǒng)機、電、磁等非線性振蕩特性分析與控制問題進行了系統(tǒng)研究。具體研究工作如下:（1）建立風電系統(tǒng)整數(shù)階動力學模型,包括:風電機組軸系模型、永磁同步風力發(fā)電機模型、并網(wǎng)互聯(lián)電力系統(tǒng)模型以及電力系統(tǒng)鐵磁諧振模型,并介紹分數(shù)階微積分的基本定義、性質(zhì)、求解算法及穩(wěn)定性定理等基礎(chǔ)知識,為后文分數(shù)階方程的穩(wěn)定性理論推導、分析與控制奠定了基礎(chǔ)。（2）針對風電機組軸系模型的動力學特性分析及控制問題,不考慮時變剛度及外激勵的自治軸系模型,分析其動力學特性�？紤]時變剛度和風力機的機械輸入轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩的組合外激勵作用下,運用多尺度法,得到非自治系統(tǒng)的分岔方程,揭示組合激勵對系統(tǒng)動力學行為的影響規(guī)律。此外,在傳動軸扭矩方程中,考慮分數(shù)階阻尼力和非線性剛度,建立風電機組軸系分數(shù)階模型,采... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

傳動鏈的兩質(zhì)量塊簡化模型

3風電機組軸系模型的動力學特性及控制33減少外擾幅值有助于風電機組軸系穩(wěn)定。圖3-4隨激勵幅值變化的分岔圖和Lyapunov指數(shù)譜Fig.3-4ThebifurcationdiagramandLyapunovexponentialspectrumwithdifferentexcitationamplitude根據(jù)上述系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定值，給出了如圖3-5所示的系統(tǒng)時序圖和相圖，進一步驗證了系統(tǒng)混沌運動的發(fā)生歷程。從圖3-4和圖3-5可以看出，組合激勵作用下的風電機組軸系的非線性動力學行為較為復雜，系統(tǒng)經(jīng)歷了一系列的工作狀態(tài)。雖然初值敏感的混沌運動僅是系統(tǒng)的暫態(tài)過程，但對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性仍然是不利的。圖3-5隨激勵幅值變化的時程圖和相平面圖(a)f=0.1;(b)f=5Fig.3-5TimedomainwaveformandPhaseportraitwithdifferentf(a)f=0.1;(b)f=5綜述所述，通過自治與非自治軸系動力學特性分析及仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，阻尼、非線性剛度及外擾激勵幅值等變化都深刻影響著風電機組軸系穩(wěn)定性，從數(shù)值計算可以推斷，00.511.522.533.544.55-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.5parameterfLyapunovExpoments051015202530354045505560-0.08-0.06-0.04-0.0200.020.040.060.08t/sx2/(rad/s)(a)-0.0200.020.040.060.08-0.04-0.0200.020.040.060.08x1/(rad)x2/(rad/s)(a)051015202530354045505560-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.811.2t/sx2/(rad/s)(b)-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.20.25-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81x1/(rad)x2/(rad/s)(b)

西安理工大學博士學位論文34阻尼值越小，非線性負剛度值及外擾激勵幅值越大，越容易導致系統(tǒng)進入分岔或混沌運動狀態(tài)，因此，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，有效地解決風電機組軸系扭轉(zhuǎn)問題，有必要從以上幾個方面研究一種快速抑制混沌狀態(tài)的控制方法。3.3具有分數(shù)階阻尼的軸系動態(tài)響應特性諸多研究表明，機械系統(tǒng)中阻尼的真實狀態(tài)應該采用分數(shù)階來模擬，而整數(shù)階狀態(tài)僅是其中一個特例。以上一節(jié)風電機組軸系模型為基礎(chǔ)，考慮分數(shù)階阻尼力，建立風電機組軸系分數(shù)階模型，具體等效模型如圖3-6所示。風力機發(fā)電機ggJωgTtTtJtωsksCshT分數(shù)階阻尼圖3-6含分數(shù)階阻尼的兩質(zhì)量塊簡化模型Fig.3-6Two-masssimplifiedmodelwithfractionaldamping根據(jù)圖3-6及式（2-4），傳動軸的機械轉(zhuǎn)矩shT采用分數(shù)階阻尼和非線性剛度描述如下：3shssdTkkCdtαα=+′+（3-17）式中，sk為一次剛度系數(shù)，k′為三次方剛度系數(shù)，sC為分數(shù)階阻尼系數(shù)。將式（3-17）代入式（2-1），結(jié)合式（2-2），可得()023dabFtdtαα+ω++=（3-18）式中，1122stgaCHH=+，01122sbtgkHHωω=+，2250bω=πf=π×，20b=ωk′，()22tgbtgTTFtHHω=+，F(xiàn)(t)為外界擾動激勵。為了研究含分數(shù)階阻尼的風電機組軸系動態(tài)響應特性，根據(jù)傳統(tǒng)意義的共振概念，系統(tǒng)受到的外部激勵頻率與固有頻率接近時所表現(xiàn)出振幅急劇增加的現(xiàn)象，通常是采用幅頻特性曲線對共振現(xiàn)象進行分析。從上述研究結(jié)論可知，風電機組軸系是典型的單自由度欠阻尼系統(tǒng)，軸系扭振發(fā)生時外部激勵頻率趨近于系統(tǒng)固有頻率，而且阻尼系數(shù)越小越接近。風電機組軸系受到組合激勵作用下表現(xiàn)出復雜的運動狀態(tài)。在風?

【參考文獻】：
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本文編號：3487621