風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)原理、建模及增益調(diào)度設(shè)計(jì)

前言

僅以此譯著獻(xiàn)給從事民族風(fēng)電事業(yè)的有識(shí)之士！恰逢世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展導(dǎo)致化石燃料供應(yīng)緊張，所以尋找替代傳統(tǒng)發(fā)電方式的新能源成為當(dāng)務(wù)之急。風(fēng)能作為可再生能源是發(fā)電的首選，在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)廣泛使用。目前，我國(guó)也大力倡導(dǎo)與推進(jìn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)與產(chǎn)品，推進(jìn)綠色能源與可持續(xù)發(fā)展，為把集重大裝備制造業(yè)、高新技術(shù)之大成的我國(guó)風(fēng)電業(yè)引領(lǐng)到世界先進(jìn)水平，學(xué)習(xí)國(guó)外技術(shù)，借鑒其成功經(jīng)驗(yàn)，用一整套技術(shù)規(guī)范風(fēng)電產(chǎn)業(yè)化鏈條、指導(dǎo)其迅速產(chǎn)業(yè)化成為時(shí)代賦予我們的必然使命。譯者在多年潛心從事風(fēng)電產(chǎn)品的研究中，深切感受到在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)順暢發(fā)展之路上，必須以技術(shù)為先導(dǎo)，借鑒良好的平臺(tái)，才能使風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，從而在戰(zhàn)略上可持續(xù)地促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)騰飛。本書的及時(shí)引進(jìn)與翻譯出版正是以此為目的。在此感謝原書作者精辟的論述，感謝機(jī)械工業(yè)出版社慧眼識(shí)書，同時(shí)感謝為本書的順利成稿而付出辛勤工作的朋友們！由于風(fēng)電領(lǐng)域相關(guān)的理論、技術(shù)發(fā)展迅速，加之譯者水平和時(shí)間有限，譯文中的錯(cuò)誤和不妥之處在所難免，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書覆蓋了整個(gè)風(fēng)力機(jī)的控制，主要內(nèi)容包括風(fēng)能轉(zhuǎn)換的原理、風(fēng)力機(jī)面向控制的建模、風(fēng)力機(jī)最通用的控制策略，以及定速定槳風(fēng)力機(jī)和變速變槳風(fēng)力機(jī)線性參數(shù)變化(LPV)增益調(diào)度控制器的設(shè)計(jì)。    本書主要面向的對(duì)象是具有一定控制理論基礎(chǔ)的研究人員與學(xué)生，以及控制理論領(lǐng)域的科學(xué)工作者和應(yīng)用風(fēng)能技術(shù)的工程師。

作者簡(jiǎn)介

作者：(阿根廷)比安奇 (Bi-anchi.F.D.) (阿根廷)巴蒂斯特 (Battista.H.D.) (阿根廷)曼特茲 (Mantz.R.J.) 譯者：劉光德

書籍目錄

譯者序前言符號(hào)第1章  引言  1.1  風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制  1.2  增益調(diào)度技術(shù)  1.3  風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的魯棒控制  1.4  本書的綱要第2章  風(fēng)和風(fēng)力機(jī)  2.1  風(fēng)    2.1.1  風(fēng)資源    2.1.2  平均風(fēng)速    2.1.3  風(fēng)能    2.1.4  湍流  2.2  風(fēng)力機(jī)    2.2.1  風(fēng)輪的種類    2.2.2  風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)    2.2.3  氣動(dòng)力、轉(zhuǎn)矩和功率  2.3　風(fēng)力機(jī)的風(fēng)速    2.3.1  確定風(fēng)速    2.3.2  隨機(jī)風(fēng)速第3章  風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的建模  3.1  風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述  3.2  機(jī)械子系統(tǒng)  3.3  氣動(dòng)子系統(tǒng)  3.4  電氣子系統(tǒng)    3.4.1  直接耦合籠型異步發(fā)電機(jī)    3.4.2  定子控制籠型異步發(fā)電機(jī)    3.4.3  轉(zhuǎn)子控制雙饋異步發(fā)電機(jī)  3.5  槳距子系統(tǒng)  3.6  整個(gè)風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的模型  3.7  有效風(fēng)模型    3.7.1  平均風(fēng)速模型    3.7.2  湍流模型    3.7.3  有效風(fēng)速    3.7.4  有效風(fēng)速模擬第4章  控制對(duì)象和策略  4.1  控制對(duì)象    4.1.1  能量捕獲    4.1.2  機(jī)械載荷    4.1.3  電能質(zhì)量  4.2  運(yùn)行模式  4.3  控制策略    4.3.1  定速定槳    4.3.2  定速變槳    4.3.3  變速定槳    4.3.4  變速變槳    4.3.5  其他的控制策略第5章  變速定槳風(fēng)力機(jī)的控制  5.1  LPV增益調(diào)度技術(shù)的概述  5.2  定槳風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的LPV模型  5.3  開環(huán)特性  5.4  LPV增益調(diào)度控制    5.4.1  控制對(duì)象    5.4.2  控制器方案    5.4.3  控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題    5.4.4  預(yù)備性控制    5.4.5  阻尼注入控制    5.4.6  不確定因素的處理    5.4.7  其他變速定槳控制策略的性能評(píng)估第6章  變速變槳風(fēng)力機(jī)的控制  6.1  變槳風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的LPV模型  6.2  開環(huán)特性  6.3  LPV增益調(diào)度控制    6.3.1  控制器方案    6.3.2  為提高可控性而調(diào)整的控制策略    6.3.3  控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題    6.3.4  高風(fēng)速區(qū)的控制    6.3.5  低風(fēng)速區(qū)的控制    6.3.6  運(yùn)行風(fēng)速的全程控制    6.3.7  不確定性的影響附錄  附錄A  線性矩陣不等式    A.1  定義    A.2  半定規(guī)劃    A.3  特性  附錄B  增益調(diào)度技術(shù)和LPV系統(tǒng)    B.1  增益調(diào)度技術(shù)    B.2  LPV系統(tǒng)    　B.2.1  穩(wěn)定性　    B.2.2  性能    B.3  LPV增益調(diào)度控制器的綜合  　  B.3.1  綜合過(guò)程　    B.3.2  計(jì)算考慮  　  B.3.3  提出問(wèn)題    B.4  非線性系統(tǒng)的LPV描述      B.5  魯棒LPV增益調(diào)度控制      　B.5.1  魯棒穩(wěn)定性　    B.5.2  魯棒性能  　  B.5.3  標(biāo)稱矩陣的綜合  附錄C  準(zhǔn)LPV模型及控制參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 引言1.3 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的魯棒控制魯棒性是控制器設(shè)計(jì)中的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。風(fēng)力機(jī)是一種復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，它含有一個(gè)三維風(fēng)速場(chǎng)中靈活運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。此外，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子由風(fēng)形成的氣動(dòng)力是高度非線性的。這些非線性特性造成超過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行范圍氣動(dòng)行為的諸多顯著變異。因此，這種系統(tǒng)的建模是相當(dāng)復(fù)雜的。出于控制的目的，傳統(tǒng)上使用通過(guò)鑒定而獲得的簡(jiǎn)單的氣動(dòng)模型。合適的模型是那些可以獲取氣動(dòng)現(xiàn)象的模型，而氣動(dòng)現(xiàn)象影響著風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的穩(wěn)定性及性能。基本上有兩種方法可以識(shí)別風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。其中之一是一種黑箱的方法，其模型的順序沒(méi)有被事先指定。此外沒(méi)有對(duì)相關(guān)的動(dòng)態(tài)性進(jìn)行假定。識(shí)別的過(guò)程是為了尋找模型的順序及參數(shù)使之最好地符合每一種運(yùn)行條件下風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性。由于工作點(diǎn)是由風(fēng)速所決定的，而風(fēng)速是一種不可控輸入變量，因此就需要長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量。固定風(fēng)速間歇期間所收集的資料因此被用來(lái)識(shí)別此時(shí)風(fēng)速條件下線性模型的有效性。因此，可以獲得一簇線性模型。反之，其他方法依賴于機(jī)械系統(tǒng)的總體表現(xiàn)。通過(guò)柔性鉸鏈的鏈接與集中氣動(dòng)力的激發(fā)，傳動(dòng)系統(tǒng)及構(gòu)件可以建模成一系列剛體。由于模型的組成部分不直接對(duì)應(yīng)到實(shí)際的機(jī)械裝置，這就有必要將參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其盡可能地與實(shí)際觀測(cè)到的動(dòng)態(tài)行為相匹配。在這兩種方法中，模型受參數(shù)不確定性的影響，并且在高頻時(shí)將失效。盡管目前已經(jīng)開發(fā)了大量的風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)，然而這些系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有明確地將建模誤差考慮進(jìn)去。發(fā)表在公開的文獻(xiàn)中的例外之一是Bongers等的研究，他使用了線性魯棒控制理論的工具來(lái)解決模型的不確定性及非線性動(dòng)態(tài)性。近來(lái)，通過(guò)使用魯棒增益調(diào)度技術(shù)開發(fā)出了許多保守性更小的控制器。值得一提的是，盡管增益調(diào)度技術(shù)在風(fēng)力機(jī)控制中非常普遍，然而在魯棒控制的情況下卻很少提到。

編輯推薦

《風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)原理建模及增益調(diào)度設(shè)計(jì)》在風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)中很有必要應(yīng)用線性參數(shù)變化（LPV）增益調(diào)度技術(shù)以控制風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。利用最新改進(jìn)的經(jīng)典增益調(diào)度技術(shù)可以獲得一種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法及簡(jiǎn)單的控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。為了在額定功率以下最大化地獲得能量轉(zhuǎn)換效率及減少傳動(dòng)系統(tǒng)的載荷，現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)通常在變速的工作狀態(tài)下運(yùn)行。此外，通常對(duì)葉片進(jìn)行槳距控制以限制額定風(fēng)速以上期間風(fēng)能的捕獲。變速變槳風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)更加復(fù)雜的特性可以由它控制靈活（即更高的能量轉(zhuǎn)換效率）、可以輸出更加優(yōu)良的電力質(zhì)量及有著更長(zhǎng)的使用年限的優(yōu)點(diǎn)所彌補(bǔ)。由于控制系統(tǒng)對(duì)摘獲風(fēng)能的成本有著直接的影響，為了使風(fēng)能技術(shù)更具有競(jìng)爭(zhēng)性，很有必要設(shè)計(jì)可靠的同時(shí)具有高性能的控制器。

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