基于神经网络的风力发电机组变速变距控制器研究

论文摘要

风力发电是一种可持续发展的可再生能源,不仅可以节约常规能源,而且减少环境污染,具有较好的经济效益和社会效益,越来越受到各国的重视。由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点,风力发电机组是复杂多变量非线性不确定系统,因此,控制技术是机组安全高效运行的关键。兆瓦级风力发电机组变速变距控制系统是机组的核心控制技术,它具有纯滞后非线性的特点,而且实际系统风载荷变化频繁,系统随机干扰严重,难以建立理想的控制模型,所以采用常规的PID控制,无法满足控制目标要求。神经网络具有强的非线性映射能力、自学习能力、联想记忆能力、并行信息处理方式及优良的容错性能,应用神经网络对PID控制器进行改进后,对于复杂的风电控制系统有着更好的控制效果,有效地改善了由于系统结构和参数变化导致的控制效果不稳定的状况。本文主要进行了变速变距风力发电机组的控制器研究。首先,介绍了风力机的原理、结构和基本理论,分析了传统的风力发电机组控制技术,并针对传统的PID控制器的不足,提出了变速变距风力发电机组的自适应神经网络PID控制的策略。其次,在风电系统动态特性的基础上,建立了变速变距风力发电机组的数学模型。第三,针对变速变距系统的数学模型,建立了神经元自适应PID控制器,并进行了算法仿真,并与传统的PID控制做了对比研究。从仿真的结果看,神经网络自适应控制器比常规PID控制器的动态响应灵敏,超调量小,当低于额定风速时,能实现最大风能捕获,高于额定风速时,能保持机组的额定输出功率,具有较好的实时性和鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 全球风力发电现状
• 1.3 我国风电的发展过程和现状
• 1.4 风力发电机技术的发展
• 1.4.1 风力发电机组基本技术的发展
• 1.4.2 风力发电机组控制技术
• 1.4.3 风力发电机组控制策略的发展
• 1.5 课题研究的主要目的和工作内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 风力机的原理、结构与基本理论
• 2.1 风力机的原理
• 2.2 风力机的结构形式及分类
• 2.3 风力发电机各组成部分
• 2.3.1 桨叶系统
• 2.3.2 齿轮箱系统
• 2.3.3 发电机系统
• 2.3.4 偏航系统
• 2.3.5 解缆装置
• 2.3.6 刹车系统
• 2.3.7 塔架
• 2.3.8 控制系统
• 2.4 基本理论
• 2.4.1 基本定义
• 2.4.2 风能利用系数最大值（贝茨）理论
• 2.5 本章小结
• 第三章 变速变距风力发电机组控制策略
• 3.1 变桨距风力发电机组
• 3.1.1 桨距角功能
• 3.1.2 变桨距风力发电机组的特点
• 3.2 变速风力发电机组
• 3.2.1 变速的目的
• 3.2.2 基本特性
• 3.2.3 变速风力发电机组运行区域
• 3.3 变桨距变速风力发电机组的总控制策略
• 3.4 本章小结
• 第四章 变速变距风力发电机组的数学模型
• 4.1 概述
• 4.2 风力发电机组的模型
• 4.3 变速变距系统建模
• 4.3.1 关桨过程建模
• 4.3.2 开桨过程建模
• 4.4 本章小结
• 第五章 神经网络PID控制器
• 5.1 常规PID控制算法的理论基础
• 5.1.1 模拟PID控制器
• 5.1.2 数字PID控制器
• 5.2 神经元PID控制器
• 5.3 单神经元自适应PID控制器
• 5.4 本章小结
• 第六章 神经元自适应控制器的设计与仿真
• 6.1 变速变距的基本原理
• 6.2 变速变距控制与系统仿真
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 附录 A 常规PID控制MATLAB程序
• 附录 B 神经元自适应控制MATLAB程序
• 在学研究成果
• 致谢