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《华北电力大学(河北)》 2008年
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大型风力发电机组的智能滑模变结构控制研究

贾增周  
【摘要】: 能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。风力发电清洁无污染,施工周期短,投资灵活,占地少,具有较好的经济效益和社会效益。国内对风电技术的研究十分薄弱,风力机的大型化、变桨距控制、变速恒频等先进风电技术还远未解决,致使我国大型风力机几乎全部为进口产品。因此,深入研究风力发电的各项技术对于持久开发风能和实现风力机国产化具有重要意义。目前,风电领域的研究难点和热点集中在风机大型化、先进控制策略和优化技术等方面。由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点,风力发电机组是复杂多变量非线性不确定系统,因此,控制技术是机组安全高效运行的关键。 本文在对风力发电系统的数学模型和控制理论进行深入研究的基础上,应用滑模变结构控制理论,克服系统的参数变化和外界扰动的不良影响,以实现具有一定自适应能力的高性能风力发电系统控制。同时为了解决滑模变结构的抖振,静态误差以及对对象参数变化范围的需求等问题,将模糊、神经网络等理论与滑模理论相结合,获得很好的仿真效果,为实际应用提供了参考和依据。主要内容归纳如下: (1)采用分析建模的方法建立大型风力发电机组的非线性数学模型,以描述整台风力发电机组的动态行为。对风轮的动力学特性进行了深入分析,在叶素理论的基础上,考虑涡流理论的修正,对风轮进行了分析建模与仿真,重点分析了其升力系数、阻力系数与转矩特性。在介绍传动系统的建模机理基础上,研究了传动系统的刚性轴模型和柔性轴模型。 (2)为克服传统的滑模变结构控制方法存在的局限性,提出了一种积分模糊滑模变结构控制策略。用一个不含零点且符合系统性能要求的辅助输出函数替代原系统的输出函数,从而避免了原系统模型中零点的影响;在选取的滑模面中加入积分因子,用以确保系统稳态误差为零;在不确定参数上界未知情况下,根据滑模到达条件,利用模糊规则估计出控制律中的切换增益,同时用饱和函数替换切换函数,减轻控制器输出的高频震荡现象。将此控制策略应用于具有不确定性和多干扰特点的变速风力发电系统的速度跟踪控制中,得到了良好的控制品质。 (3)针对变桨距风力发电机组的桨距角控制,基于反馈线性化方法,结合神经网络自适应策略,提出设计了神经网络自适应变结构控制器,在被控对象数学模型未知的情况下,也可达到有效控制。针对神经网络学习速度较慢的问题,重点研究提高神经网络收敛速度的方法,并对该控制器的稳定性和收敛性进行了深入探讨。研究了一种基于神经网络的自学习滑模变结构设计方法,对三层自适应神经网络结构、算法进行分析,最后应用在大型风力发电机组桨距角控制中。 (4)分析了交流励磁双馈发电机变速恒频运行的基本原理,推导了双馈发电机三相坐标系矢量变换到两相同步旋转坐标系的数学模型,针对双馈电机定子输出电压恒定的控制目标,对机侧变换器设计了滑模控制器,利用李亚普罗夫稳定性定理保证滑模面在有限时间内的可达性。
【学位授予单位】:华北电力大学(河北)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TM762

【引证文献】
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 周雪松;李超;马幼捷;李季;于阳;;自抗扰控制技术在变速恒频双馈风力发电系统中的应用[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 王哲;大型风电机组变桨距控制策略研究[D];沈阳工业大学;2010年
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【共引文献】
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【同被引文献】
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