大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組魯棒自適應(yīng)及容錯控制.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電是可再生能源中安全性高、規(guī)模化程度強(qiáng)、產(chǎn)出效益大的優(yōu)選能源形式。但隨著單機(jī)容量的快速增大和裝機(jī)總量的急劇膨脹，傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組與日益嚴(yán)苛的“高效、可靠、電網(wǎng)友好”標(biāo)準(zhǔn)間的矛盾愈發(fā)突出，主要表現(xiàn)在以下兩個方面的問題:其一，傳統(tǒng)的變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正向著大容量、海上風(fēng)電方向發(fā)展，對機(jī)組的運(yùn)行效率和可靠性要求更加嚴(yán)苛。其二，世界各國電力系統(tǒng)紛紛制定了針對大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)，我國明確增加了機(jī)組低電壓穿越能力(LVR

2、T)的要求，這對于傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組是極大地挑戰(zhàn)，大批傳統(tǒng)機(jī)組可能因無法滿足這種友好式并網(wǎng)的要求而被迫接受改造甚至停機(jī)。針對上述風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行控制問題，本論文研究工作將從兩個方面進(jìn)行上述關(guān)鍵問題的研究:
　　一方面，考慮到風(fēng)電機(jī)組的復(fù)雜強(qiáng)耦合非線性特性，研究先進(jìn)的魯棒自適應(yīng)控制策略，確保機(jī)組的安全可靠高效運(yùn)行。這些方法不僅適用于傳統(tǒng)機(jī)組，同時對電網(wǎng)友好型機(jī)組也有借鑒意義。論文首先針對額定風(fēng)速以下的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制問題，設(shè)計(jì)了

3、基于支持向量機(jī)(SVM)的風(fēng)速預(yù)測方法，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的風(fēng)速預(yù)測，然后在考慮機(jī)組不確定參數(shù)和外部擾動的情形下，建立了發(fā)電機(jī)魯棒自適應(yīng)返步MPPT控制策略;其次，進(jìn)一步考慮發(fā)電機(jī)故障和轉(zhuǎn)矩輸出限制的情形，引入描述執(zhí)行器故障的“健康指標(biāo)”，提取能表征系統(tǒng)不確定性與故障的“核心特征”信息，建立了風(fēng)力發(fā)電機(jī)魯棒自適應(yīng)容錯MPPT控制策略。最后，針對額定風(fēng)速以上的機(jī)組變槳控制問題，基于FAST軟件建立了變槳控制系統(tǒng)的多自由度高維線性化模型，設(shè)計(jì)了基

4、于Ll自適應(yīng)方法的輸出反饋?zhàn)儤刂撇呗裕⑼ㄟ^調(diào)整低通濾波器的截止頻率，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組功率捕獲與疲勞載荷的多目標(biāo)優(yōu)化控制。值得一提的是，上述控制器不僅不依賴于系統(tǒng)的參數(shù)信息和故障信息，而且結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)時性較好，易于編程實(shí)現(xiàn)。
　　另一方面，論文創(chuàng)新性地研究差動齒箱前端調(diào)速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行控制與載荷優(yōu)化問題。首先研究了新型機(jī)組的工作原理、動力學(xué)特性以及控制規(guī)律，建立了機(jī)組的動力學(xué)模型，設(shè)計(jì)了機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩與變槳控制策略，并借助GHB