风能作为可再生能源之一,而且又是清洁能源,必然将成为未来的主要能源之一。随着风力发电在能源领域内的快速发展,其所需的技术也在随着市场的拓展不断发展,尤其是在最大风能捕获和风力发电系统的可靠性控制等问题上,获得了学者们的广泛关注。由于风能转换系统由风机与机械传动部分、发电机部分、并网部分等组成,考虑其复杂性及特殊性,当传感器、执行器以及其他部件,发生故障时,系统仍然能够正常运行。这时,风能转换系统的容错控制技术提出了新的要求。
在此背景下,本文研究风能转换系统的容错控制方法,具体内容如下: 利用风速的多时间尺度的方法,并采用频率分离的原理,将风速分为低频分量和高频分量。针对风速的低频分量建立采用稳态控制的低频环模型,高频风速建立针对扰动控制的高频环模型,组成风能转换系统双频环模型。
基于风能转换系统的双频环模型,针对传感器部分失效故障下的双频环确定系统,低频环采用PI控制,使得输出能够稳定,为高频环的容错控制提供稳定的系统状态模型,高频环采用H∞容错控制,使得系统在传感器部分失效的情况下能够稳定的运行。
针对执行器部分失效故障下的参数不确定系统,低频环采用PI控制,高频环采用鲁棒容错控制,实现了系统在故障发生的时侯能及时实现容错控制。仿真结果表明了本文设计的鲁棒容错控制方法在风能转换系统中是有效的。 基于风能转换系统的双频环模型,针对未知故障设计故障观测器,并在高频环采用最优容错控制方法。
