变速变桨距风力发电机的H∞回路成形鲁棒控制

摘要

绿色可再生能源不仅能够满足人类社会发展需要，还能保护自身家园，净化生存环境。又环境污染问题和燃料节约的经济效益，使可再生能源，特别是风能发电系统吸引了越来越多的关注。利用风能转换系统（Wind Energy Conversion System—WECS）发电在过去几十年间显著扩大，这种能源生产电力是无污染零排放的能源生产方式。然而，发展风力发电仍有很多尚未解决的挑战，系统控制的研究同样有许多问题。系统控制策略决定着WECS的能量捕获和输出特性。由于风力发电机组模型的不确定性及空气动力延迟、多变量特性，使得对控制器的设计成为变桨距风力发电机（Wind Turbine—WT）安全可靠运行的关键。
　　本文对变速变桨异步双馈风力发电机组的运行原理及其能量转换特性进行详细的理论分析，并在此基础上制定出相应的控制策略。以额定风速以下尽可能地对风能进行捕获，输出最大功率，额定风速以上维持额定的输出功率为系统设计目标，将H∞回路成形方法应用到系统控制器的设计中，依据H∞鲁棒控制理论，使用回路成形的概念，加权函数确定控制的权衡增强系统动态稳定，设计鲁棒H∞回路成形控制器来控制调节变速变桨距风力发电系统。相较于传统PID控制，使用Simulink对两者进行仿真，该控制器的性能更佳，具有较好的鲁棒性及有效性，使风电系统更加稳定。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2风力发电系统的控制技术研究现状

1.3风力发电机组发展趋势及控制方法

1.4 H∞回路成形理论概述

1.5本文主要研究内容

第2章 风能转换系统的基础理论

2.1 风力发电机组基本结构

2.2 风力机基本理论

2.3本章小结

第3章 风力发电机组的数学模型

3.1 风速模型

3.2风轮模型

3.3 传动系统模型

3.4 发电机模型

3.5变桨距执行机构模型

3.6变速变桨距风力发电机组控制策略

3.7系统建模及PID控制器设计

3.8本章小结

第4章 风力发电系统的H∞回路成形控制器设计及仿真

4.1回路成形控制器设计

4.2风力发电机的H∞回路成形控制器设计

4.3实验仿真结果

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢