双馈风力发电系统的哈密顿系统建模与控制

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1、摘要环境污染和能源危机一直是困扰世界的难题，寻找一种既清洁又取之不尽的新型能源迫在眉睫。风能是一种清洁可再生能源，加强对它的开发利用对于缓解能源危机、减轻环境污染具有重要的意义。风力发电是对风能利用最典型一种途径，近年来，世界风电产业得到了迅速发展，双馈风力发电系统因其一系列典型优势在大型风电市场中占主要地位。因其是一个强非线性系统，存在着强耦合，并且在运行过程中扰动剧烈以及系统在不同运行状态时有着不同的控制目标，运用经典PI控制方法对其进行控制有诸多不足，因此对其设计一种新型控制方法很有意义。针对经典PI控制方法在双馈风力发电系统控制

2、中的一些不足，人们提出了很多先进的非线性控制方法，近年来，一种基于能量成形以及基于端口受控哈密顿(PortControlledHamiltonian，PCH)的方法越来越受到控制界的关注，且已经取得了阶段性的研究成果。本文将该方法用于双馈风力发电系统，设计出系统机侧和网侧控制器，来达到比常规控制方法更好的控制性能。第一，介绍了几种主要的非线性控制方法，重点论述了基于PCH模型的控制方法应用在双馈风力发电系统上的优势以及该方法的发展过程和现状。给出了当今风力发电系统的几种主要形式，以及几种典型的控制电路等。第二，建立了双馈风力发电系统的风

3、力机模型、系统机侧和网侧原始数学模型以及其在两相砌坐标系下的模型，结合PCH模型的典型形式，得到了系统机侧和网侧的PCH模型。第三，简要分析了双馈风力发电系统的能量流动特征。总结了系统两侧不不同运行状态下的控制目标，并基于此求出了系统期望平衡点。给出了状态PCH控制器求取原理，求取了系统机侧和网侧状态PCH控制器。第四，针对双馈风力发电系统运行阶段随机扰动多的特点，给出了另一种基于PCH模型的控制方法，即状态误差PCH控制方法。介绍了状态误差PCH控制器求取原理，求取了系统机侧和网侧的状态误差PCH控制器。第五，在Matlab／Simu

4、link环境下建立了双馈风力发电系统的仿真模型，对求取的状态PCH和状态误差PCH方法的控制效果进行了仿真，并经经对比说明了状态误差PCH控制方法具有更好的跟踪效果。第六，为了更好的说明基于PCH模型的控制方法优势，将其控制性能与经典PI控制方法进行了对比分析，最终验证了基于PCH控制方法的优越性。关键词：风力发电；双馈感应电机；端口受控哈密顿；建模；控制AbstractJIlllIIllllllllllllIIlY2589243Fortheenvironmentalpollutionandenergycrisishavebeentro

5、ubledtheworld．100kingforacleanandinexhaustibleenergyisverypressing．Weseethewindpowerisacleanandrenewableenergy,ithasgreatsignificancetoreducetheenergycrisisandtheenvironmentalpollutionbystrengtheningthedevelopmentandutilizationofwind．Whldpowergenerationisatypicalwayforus

6、ingwindenergy,inrecentyears，theworld’Swindpowerindustryhasbeendevelopingrapidly．Becauseofaseriesoftypicaladvantages，thedoubly—fedwindpowergenerationsystemhasdominatedthelarge—scaleofwindpowermarket．Forthereasonthatitisastronglynonlinearsystemswitllastrongcoupling．therewi

7、llbemuchviolentdisturbancesduringitsoperation，andthecontrolgoalsarealsodifferentwhenindifferentrunningstate，manyshortcomingswillbeappearifwechoosetheclassicalPIcontrolmethod．Todesignanewcontrolstrategyforthesystemwillmakegreatsignificance．Accordingtotheseseriesshortcomin

8、gswhenusetheclassicalPIcontrolmethod，moreandmoreadvancednonlinearcontrolmethodshavebeenstudiedextensive