风能转换系统的多目标优化控制研究

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1、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。利用可再生资源如风能，作为未来最重要的清洁代替能源之一，对于缓解能源匮乏具有非同寻常的意义。随着风力发电事业的蓬勃发展，风力发电技术已经成为世界各国研究的热点，其中如何获得最多的风能以及提高系统运行的可靠性等一系列关键问题得到学者们越来越多的关注。因此，风力发电的控制技术占有越来越重要的地位，同时获得了大量先进且实用的研究成果。目前，大部分文献是以额定风速以下风能的最大捕获或者额定风速以上发电机恒功率输出作为单个目标。然而风能转换系统是由风力机、传动系统、发电机、变桨

2、执行机构以及AC—DC—Ac变换器等器件有机连接组成的，其控制目标并不是单一的。因此，风能转换系统的多目标控制需要进一步深入研究。一些学者已经注意到这个问题，并取得了一定的研究成果。IulianMunteanu等学者根据风速的多时间尺度特性，利用频率分离原理，将风速分成低频部分和高频脉动部分。针对额定风速以下的情况，以风能的最大捕获和降低发电机系统振荡为目标，设计基于LQG优化的双频环控制器。本文受IulianMunteanu等学者的启发，继承了双频环优化控制的思想，主要得到如下两个结果：一、针对额定风速以上的情况，以发

3、电机恒功率输出、降低发电机系统和变桨系统振荡为目标，设计基于LQG优化的双频环控制器，仿真结果表明了所提出的控制方法是有效的。二、由于LQG控制方法严格依赖于系统的线性化模型，而处于环境较恶劣的风能转换系统的参数难免会发生较大的变化，本文将多目标混合H2／H。。控制的引入双频环控制器中，替代原有的LQG控制器。通过调整H。指标的大小，求解得到不同的最小H2指标，实现多个目标之间的不同折衷。最后给出了仿真分析。关键词：风能转换系统；优化控制；双频环；LQG；H2／I-L控制；多目标控制AbstractNowadays，en

4、ergyandenvironmentaretheurgentproblemsthatshouldbesolvedforhumansurvivalanddevelopment．Itisprovidedwithveryimportantmeaningstopartiallysolveenergylackbyusingrenewableenergysourcesuchaswindenergyastheoneofthemostimportantclearsubstitutedenergysourceinthefuture．Win

5、dpowergenerationhasbecometheresearchfocusofallcountriesalongwiththegreatdevelopmentoftheprojectofthewindpowergeneration．Aseryofkeyproblemssuchashowtomaximumthecapturedwindenergyandimprovethereliabilityofthewindenergyconversionsystem(WECS)haveattractedmoreandmorea

6、ttention．Therefore．thecontroltechnologyforWECShasplayedtheincreasinglyimportantrole，aswellasalargenumberofresearchachievementsareobtained．Currently，muchmanyliterituresalltakethemaximumcapturedwindenergybelowtheratedwindspeedortheconstantpoweroutputabovetheratedwi

7、ndspeedasasinglecontrolobjective．However，theWECSiSmadeofthewindturbine，drivetrain，generator，pitchbladeselwosystemandAC—DC·ACconverter，andithasmorethanonecontrolobjective．Sothemulti—objectivecontrolforWECSneedsmoreintensivestudy．Somescholarshaspaidattentiontoitand

8、givenoutsomeresearchachievements．Accordingtothemulti—timescalecharacteristicofthewindspeed，IulianMunteanudividesthewindspeedintolow-frequencycomponentandhigh—f