论文摘要
随着世界能源危机和环境污染问题的日益突出,寻找清洁、高效的可再生能源的新能源战略应运而生。作为一种清洁、储量极为丰富的可再生能源,风能受到广泛的关注,风力发电产业在世界范围内迅速发展开来。世界各国都在通过立法或政策扶持等方式激励本国风力发电技术的发展。随着中国经济的快速发展,中国对电力能源需求量也越来越大。作为能源消耗大国,近两年来中国出现大面积的缺电问题,地方拉闸限电的事情时有发生,电力供应不足和电力结构不合理开始成为影响中国全面发展的阻碍。中国风能资源十分丰富,需要发展风力发电技术,因此研究和发展风力发电具有重要的战略意义。本文基于输入-输出反馈线性化方法和Hamilton控制理论,系统地研究了双馈变速恒频风力发电系统的最大风能跟踪控制和H∞控制设计问题。首先,介绍了风力发电系统的研究背景、研究意义及国内外研究概况。其次,对风力发电系统的基本原理及结构做了详细概述,其中包括风力机的运行特性、工作原理、系统模型及变速恒频理论等。最后,主要针对一类双馈变速恒频风力发电系统设计了最大风能跟踪控制器和H∞控制器。本文的主要内容如下：一、双馈变速恒频风力发电系统最大风能跟踪控制设计本部分研究了双馈变速恒频风力发电系统的最大风能跟踪控制设计问题。首先,采用定子磁场定向的矢量变换技术和输入-输出反馈线性化方法,设计了一类风力发电系统的转子励磁控制器,实现了对风力发电系统转速和定子侧无功功率的渐近跟踪控制。在此基础上,结合最佳叶尖速比法和功率分配关系,设计了最大风能跟踪控制器。其次,基于预置反馈耗散Hamilton实现和Embedding方法,设计了一类风力发电系统的转子励磁控制器,使风力发电系统稳定于期望的工作点,实现了对风力发电系统转速和定子侧无功功率的渐近跟踪控制。在此基础上,结合最佳叶尖速比法和功率分配关系,设计了最大风能跟踪控制器。最后,对两种控制器给出了数值仿真,仿真结果验证了所设计控制器的有效性。二、双馈变速恒频风力发电系统H∞控制设计本部分研究了一类仿射非线性系统和双馈变速恒频风力发电系统H∞控制设计问题。首先,采用两次正交分解方法,设计了一类仿射非线性系统的H∞控制器,使得仿射非线性闭环系统在无外部扰动时渐近稳定；而有外部扰动时系统的L2增益有限可控。其次,基于输入-输出反馈线性化方法,通过求解Riccati方程,设计了一类双馈变速恒频风力发电系统的H∞控制器,增强了风力发电系统的抗干扰性能。最后,对所设计的两种控制器给出了数值仿真,验证了控制器的有效性。