大型风力机性能优化的预测控制

【摘要】随着全球不可再生能源的不断消耗以及环境危机的逐渐升温,可再生清洁能源的开发和有效利用成为人类文明提高的重要关注点。然而,对于新能源的开发利用,总有新的问题需要解决。单就风能的开发和利用来讲,随着风场的增大,风场的不确定因素增多,条件更加恶劣；随着风机体积和质量的增大,其非线性程度和不确定性影响也相应增加。在无法避免这些不确定性的情况下,只能尽力提高整机系统的运行性能,克服不确定因素对系统造成的影响,尽可能地捕获风能,将风能更加稳定的转化为可用的电能,同时尽可能地保证风机的机械性能和寿命。本文基于对风力机运行特性的研究,设计了变速变桨风力机的PID控制器。针对随机风速扰动,设计了抑制阶跃信号扰动的扰动调节控制器(DAC)；针对恒功率控制时的风力机载荷设计了线性二次型最优调节器(LQR),并仿真分析了各控制器的性能。而基于特定工作点处的风力机线性化模型所设计的PID控制器,无法在不同的工作点上有效地跟踪系统的运行,因此运用增益调度控制策略,设计了增益调度PI控制器,通过在不同的风力机工作点处PI系数的变化,使系统响应在不同工作点处能够得到有效跟踪。在以上控制器设计的基础上,考虑在风速扰动下,风机塔架纵向弯曲位移,设计了预测控制及风速扰动前馈控制的复合控制策略,通过Kalman最优风速估计提供了前馈信号,使风速扰动对系统造成的不良影响得到了及时地抑制,有效地减小了风力机塔架位移,改善了整机机械性能。
【作者】唐慧敏；
【导师】王晓兰；
【作者基本信息】兰州理工大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】线性模型；性能优化；预测控制；风速估计；扰动前馈；

【参考文献】
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