風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的容錯(cuò)控制方法研究

【摘要】：能源是人類(lèi)生存的基本要素、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。地球上的化石能源,經(jīng)過(guò)數(shù)百萬(wàn)年的巨大消耗,最終將趨向枯竭,風(fēng)能作為可再生能源之一,而且又是清潔能源,必然將成為未來(lái)的主要能源之一。隨著風(fēng)力發(fā)電在能源領(lǐng)域內(nèi)的快速發(fā)展,其所需的技術(shù)也在隨著市場(chǎng)的拓展不斷發(fā)展,尤其是在最大風(fēng)能捕獲和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的可靠性控制等問(wèn)題上,獲得了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。由于風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)部分、發(fā)電機(jī)部分、并網(wǎng)部分等組成,考慮其復(fù)雜性及特殊性,當(dāng)傳感器、執(zhí)行器以及其他部件,發(fā)生故障時(shí),系統(tǒng)仍然能夠正常運(yùn)行。這時(shí),風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的容錯(cuò)控制技術(shù)提出了新的要求。在此背景下,本文研究風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的容錯(cuò)控制方法,具體內(nèi)容如下: 利用風(fēng)速的多時(shí)間尺度的方法,并采用頻率分離的原理,將風(fēng)速分為低頻分量和高頻分量。針對(duì)風(fēng)速的低頻分量建立采用穩(wěn)態(tài)控制的低頻環(huán)模型,高頻風(fēng)速建立針對(duì)擾動(dòng)控制的高頻環(huán)模型,組成風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)雙頻環(huán)模型。 基于風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的雙頻環(huán)模型,針對(duì)傳感器部分失效故障下的雙頻環(huán)確定系統(tǒng),低頻環(huán)采用PI控制,使得輸出能夠穩(wěn)定,為高頻環(huán)的容錯(cuò)控制提供穩(wěn)定的系統(tǒng)狀態(tài)模型,高頻環(huán)采用H∞容錯(cuò)控制,使得系統(tǒng)在傳感器部分失效的情況下能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。 針對(duì)執(zhí)行器部分失效故障下的參數(shù)不確定系統(tǒng),低頻環(huán)采用PI控制,高頻環(huán)采用魯棒容錯(cuò)控制,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在故障發(fā)生的時(shí)侯能及時(shí)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制。仿真結(jié)果表明了本文設(shè)計(jì)的魯棒容錯(cuò)控制方法在風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中是有效的。 基于風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的雙頻環(huán)模型,針對(duì)未知故障設(shè)計(jì)故障觀測(cè)器,并在高頻環(huán)采用最優(yōu)容錯(cuò)控制方法。當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)是剛性耦合,傳感器和執(zhí)行器發(fā)生故障時(shí),高頻環(huán)通過(guò)降維故障觀測(cè)器對(duì)未知故障狀態(tài)和系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè),并采用最優(yōu)容錯(cuò)控制,使得系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)是柔性耦合,傳感器發(fā)生故障時(shí),高頻環(huán)利用滑模故障觀測(cè)器對(duì)未知故障和系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),并采用最優(yōu)容錯(cuò)控制,實(shí)現(xiàn)了故障發(fā)生時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行和風(fēng)能的最大捕獲。仿真結(jié)果表明了本文設(shè)計(jì)的最優(yōu)容錯(cuò)控制方法在風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中是有效的。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 雙頻環(huán) 魯棒性 容錯(cuò)控制 故障觀測(cè)器
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：TP302.8
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-18
• 1.1 課題的背景及意義8-9
• 1.2 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制技術(shù)與策略9-12
• 1.2.1 控制目的9-10
• 1.2.2 控制技術(shù)10-11
• 1.2.3 控制策略11-12
• 1.3 容錯(cuò)控制方法12-16
• 1.3.1 被動(dòng)容錯(cuò)控制13-15
• 1.3.2 主動(dòng)容錯(cuò)控制15-16
• 1.3.3 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的容錯(cuò)控制16
• 1.4 論文所做的工作16-18
• 第二章 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模18-28
• 2.1 概述18
• 2.2 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)機(jī)理模型18-22
• 2.2.1 風(fēng)輪模型18-20
• 2.2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)模型20-22
• 2.3 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的雙頻模型22-26
• 2.3.1 風(fēng)速的雙頻特性22-23
• 2.3.2 剛性耦合的風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的雙頻環(huán)模型23-25
• 2.3.3 柔性耦合的風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的雙頻環(huán)模型25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-28
• 第三章 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的雙頻環(huán)魯棒容錯(cuò)控制方法28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的H∞容錯(cuò)控制28-34
• 3.2.1 傳感器故障模型28
• 3.2.2 低頻環(huán)PI 穩(wěn)態(tài)優(yōu)化控制28-30
• 3.2.3 高頻環(huán)H∞容錯(cuò)控制30-32
• 3.2.4 仿真研究32-34
• 3.3 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的魯棒容錯(cuò)控制34-41
• 3.3.1 執(zhí)行器故障模型34-35
• 3.3.2 低頻PI 穩(wěn)態(tài)優(yōu)化控制35
• 3.3.3 高頻魯棒容錯(cuò)控制35-38
• 3.3.4 仿真研究38-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的雙頻環(huán)最優(yōu)容錯(cuò)控制方法42-56
• 4.1 引言42
• 4.2 剛性耦合的風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的最優(yōu)容錯(cuò)控制42-49
• 4.2.1 控制指標(biāo)42-43
• 4.2.2 最優(yōu)容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)43-47
• 4.2.3 仿真研究47-49
• 4.3 柔性耦合的風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的最優(yōu)容錯(cuò)控制49-54
• 4.3.1 控制指標(biāo)49
• 4.3.2 最優(yōu)容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)49-52
• 4.3.3 仿真研究52-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 第五章 結(jié)束語(yǔ)56-58
• 5.1 結(jié)論56-57
• 5.2 展望57-58
• 致謝58-60
• 參考文獻(xiàn)60-66
• 附錄：作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文66

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