以T-S模糊方法實現永磁同步風力發電機之最大功率調節控制

Realization of Maximum Power Regulation Control for Permanent-Magnet Synchronous Wind Turbine Generator via T-S Fuzzy Approach

邱德恭(Te-Kung Chiu)

指導教授 ： 練光祐

中原大學/工學院/電機工程研究所/碩士(2007年)

https://doi.org/10.6840/cycu200700757

摘要

在綠色能源快速發展之當下，風力發電系統正受到前所未有的重視並且已有完善的發展。由於風力渦輪發電機存在著非線性之特性，其運轉輸出之最大功率點位置將隨著風速的改變而有所不同。為了使風力發電系統在變動風速下，經由調變電源轉換器之工作周期（Duty Cycle）使渦輪機運轉在最佳操作點，進而將最大功率穩定輸出至負載。本論文引用 T-S 模糊理論應用於永磁式同步風力發電（PMSWTG）系統之最大功率輸出追蹤控制器之實現，期間兼顧系統的穩定性、指數收歛性、快速暫態響應以及強健性等諸多性質之考量。首先，利用系統化方法，將非線性系統精確的表示成 T-S 模糊模型，少量的模糊規則即足以在某特定區域內將此非線性系統完整無誤的表示。再利用虛擬預期變數法來處理追蹤控制的問題，設計方法分成以下兩個步驟進行：i）根據追蹤目標之輸出方程式和廣義動態的限制條件，求取其虛擬預期變數；ii）採用線性矩陣不等式的方法計算控制器增益。至於整個非線性系統的穩定性條件則使用 Lyapunov 法則求得，可保證閉迴路系統將一直處於穩定的狀態，此充分條件可以轉換成線性矩陣不等式之形式，再輔以數值工具（MATLAB）獲得控制增益。最後，再藉由一台三相、12極、100瓦之風力渦輪發電機（PMSG），透過 dSPACE DS1103 控制界面來實現並驗證T-S模糊控制方法實作上之可行性。風力渦輪發電機包括三片直徑1.17公尺葉片之小型風力渦輪機與一台永磁式同步發電機。實驗結果顯示T-S模糊理論在實際環境上確實可行，並且擁有正確且不錯的控制效能。

關鍵字

dSPACE 控制面板 ； 虛擬預期變數 ； 風渦輪機 ； T-S模糊理論 ； 最大功率點追蹤

並列摘要

With the worldwide energy running short, new energy source needs to be sought in
order to supply the global energy shortage. Among the renewable energy, wind power
technology is gaining much more attention than ever before, and has been well-developed.
Due to wind turbine generation systems existing nonlinear characteristic and its maximum
power point varying with various atmospheric conditions, this thesis is devoted
to deal with the maximum power tracking control for a permanent-magnet synchronous
wind turbine generation system (PMSWTG) via T-S fuzzy approach. We first analyze
the dynamic model of the wind turbine system, and then derive the T-S fuzzy controller.
By using MATLAB, we can simulate the derived mathematical model and furthermore
reveal the validity of our proposed controller as shown in the satisfactory results. Then, a
practical wind energy generation system is considered to verify the feasibility of proposed
controller through dSPACE DS1103 interface. The experimental results show that the
T-S fuzzy model-based approach can be realized in real-time environment and still has
correct performance.

並列關鍵字

T-S fuzzy techniques ； Wind turbines ； VDVs ； dSPACE ControlDesk ； MPPT

參考文獻

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