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研究生:王奕尊
研究生(外文):Yi-Zun Wang
論文名稱:一種新型風力發電系統之強韌鎖相控制設計
論文名稱(外文):Robust Phase Locked Control Design For A Novel Wind Power System
指導教授:高崇堯
指導教授(外文):Chung-Yao Kao
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:電機工程學系研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:100
中文關鍵詞:併網控制數位訊號處理器強韌控制理論不確定性H infity最佳化控制器風力發電系統
外文關鍵詞:DSProbust control theoryPhase-locked controlwind turbine generatoruncertaintyH infity optimal controller
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在實際應用當中,風力發電系統可能受到各種因素的影響。例如模型參數誤差、外在干擾、機械機構的老化,造成系統的輸出表現不如預期,甚至造成系統不穩定。為此,吾人以強韌控制理論的觀點來分析文獻[1]中所提出的新型風力發電系統,並建立系統數學模型、不確定性考量、強韌穩定性與性能討論及H infity最佳化控制器設計,提出一個完整的設計流程。

本論文所設定的控制目標為將發電機有效併上電網,利用伺服馬達控對系統轉速控制與功率補償,使發電機輸出電壓之相位、頻率、振幅與電網同步,達到與電網併聯目的。並以數值模擬軟體MATLAB建立受控系統,數位訊號處理器DSP實現控制器。透過兩者之間的資料傳輸,完成閉迴路系統架構。實驗結果表明,本論文所提之控制方案能夠有效併網並具有強韌性。
In practical applications, the wind power generation system may be affected by various factors.Such as model error, external interference, mechanical aging, resulting in the output of the system as expected, and even cause system instability.For this reason, I use the robust control theory to analyze the [1] proposed in the new wind power generation system.And the establishment of system mathematical model, uncertainty considerations, toughness stability and performance discussion and H infity optimization controller design, put forward a complete design process.

The control objective set in this thesis is to make the generator effective connected to the grid.The use of servo motor control system speed control and power compensation, the generator output voltage phase, frequency, amplitude synchronized with the grid, in parallel with the grid.And the numerical simulation software MATLAB to establish a controlled system, digital signal processor DSP implement the controller. Through the data transfer between the two, complete the closed loop system architecture.The experimental results show that the control scheme proposed in this thesis can be effectively connected to the grid and has robustness.
誌謝 ii
中文摘要 iii
Abstract iv
目錄 v
圖次 ix
表次 xii
符號表 xiii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 綠色能源 1
1.1.1 全球風能概況 2
1.2 研究動機、目的與貢獻 4
第二章 預備知識 6
2.1 H∞控制理論 6
2.1.1 範數的定義 6
2.1.2 H∞範數 6
2.1.3 內部穩定(Internally stable)[2] 7
2.1.4 H∞控制器 7
2.2 結構奇異值μ理論 8
2.2.1 線性分式變換 8
2.2.2 結構奇異值 9
2.2.3 強韌穩定 10
2.2.4 強韌性能 11
2.2.5 應用描述 12
2.3 帕克轉換 13
2.4 線性化 14
2.5 模型降階 16
2.6 離散化 17
2.6.1 奈奎斯特取樣定理 17
第三章 風力發電系統的數學模型 19
3.1 創新型風力發電系統簡介 19
3.2 風力發電系統的數學模型 20
3.2.1 三相無刷伺服馬達 20
3.2.2 發電機電氣方程式 23
3.2.3 系統機械運動方程式 24
3.3 研究困難與限制 25
3.3.1 消除時變項 25
3.3.2 消除非線性項 27
3.3.3 不確定性的模型化 29
第四章 控制策略與控制器設計 33
4.1 直接併網型風力發電機控制策略 33
4.1.1 定電壓控制 34
4.1.2 定頻率與鎖相控制 37
4.2 設計架構與性能規格 39
4.2.1 系統設計架構 39
4.2.2 權重函數的選取 40
4.2.3 系統強韌性與併網性能規格 43
4.2.4 系統離散化與H∞最佳化控制器 46
4.2.5 閉迴路系統的強韌穩定度與性能表現分析 48
4.2.6 控制器降階 50
第五章 實驗設定與結果 51
5.1 實驗設定 51
5.1.1 實驗步驟 51
5.1.2 模擬設定 53
5.2 實驗結果 54
5.2.1 定電壓實驗 54
5.2.2 鎖相實驗 55
5.2.3 DSP實驗 61
5.3 模擬結果分析 64
第六章 結論與未來展望 65
6.1 結論 65
6.2 未來展望 65
參考文獻 66
附錄 68
A.1 實驗設備與軟體 68
A.1.1 eZdSP F28335 68
A.1.2 Code Composer Studio 整合開發環境簡介 74
A.2降階控制器Kr的狀態空間方程式 75
A.3 模擬設定 76
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