基于DES理论的风电机组监控系统设计方法

摘要

随着风力发电的快速发展，一些新的改进技术不断被应用于提高风电机组硬件设备的性能和机组控制系统的工作性能。其中控制系统作为风电机组的核心，是所有运行数据及控制指令的中心。然而风电机组运行过程中涉及的状态及数据相当多，并且随时可能因外界或自身因素影响而出现异常，当其中一个子系统出现异常而未能及时有效处理则有可能导致系统中其他子系统运行异常，这将严重影响整个风电机组的正常运行。因此，如何提高风电机组控制系统性能对提高风电机组整体工作性能的稳定性具有重要作用。
　　针对上述提到的问题，本文就如何提高风电机组控制系统性能研究了基于离散事件系统(DES)理论的风电机组监控系统的设计方法。考虑到风电机组的运行过程符合DES中状态与事件的演化过程——状态因输入事件的触发发生跳转，并且每个运行状态因不同事件的触发导致的跳转结果不一样。因此利用DES理论中的自动机建模方法，分别对风电机组内部各子系统的运行过程建模，分析每个子系统的运行过程并定义该过程中的所有运行状态及可能触发状态跳转的所有事件，根据状态与事件间的映射关系得到相应系统的自动机模型并依此来设计系统的自动控制程序。在各子系统运行过程中，子系统自动机根据当前运行状态及在当前状态下出现的事件（控制指令/系统参数）跳转到对应的下个状态中运行，从而实现子系统的自动控制。同时，子系统的运行状态由监控系统控制，因而根据各子系统之间的相互联系，运用DES监控理论设计基于事件反馈监控方式的风电机组监控系统，通过监测各子系统自动机中发生的事件来发出相应的控制指令，从而实现对各子系统之间运行跳转的控制，使得风电机组的各个环节依次有序的运行。
　　为了验证该监控系统的有效性和可行性，利用MATLAB中的Stateflow软件对其进行了仿真分析。仿真结果表明，运用DES理论设计的风电机组监控系统能够有效监控风电机组的运行状态，达到了预期的效果;通过监控系统对各子系统的运行状态进行监控，可以避免因其中某个环节出现异常而导致整个风电机组运行异常的情况;此外，运用DES理论的设计方法，实现了控制系统程序模块化设计，可以提高设计控制程序的效率及增加可读性，这对将其应用到其他控制系统的设计具有一定理论实践意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 风电状态监测研究现状

1．2．2 DES理论的应用研究现状

1．3 论文主要内容

第二章 DES理论概述

2．1 DES概念

2．2 DES的建模和分析方法

2．2．1 形式语言概念

2．2．2 自动机概念

2．3 DES监控理论概述

2．3．1 事件反馈监控方式

2．3．2 监控作用的实现过程

2．4 本章小结

第三章 风电机组运行过程分析

3．1 风电机组概述

3．1．1 风电机组结构

3．1．2 风电机组工作原理

3．2 风电机组运行过程分析

3．2．1 主控制系统运行过程

3．2．2 传动系统运行过程

3．2．3 制动系统运行过程

3．2．4 变桨距系统运行过程

3．2．5 偏航系统运行过程

3．2．6 发电系统运行过程

3．3 风电机组控制系统分析

3．4 本章小结

第四章 风电机组监控系统设计

4．1 自动机建模方法

4．2 风电机组子系统自动机建模

4．2．1 偏航系统建模

4．2．2 发电系统建模

4．2．3 变桨系统建模

4．2．4 制动系统建模

4．3 风电机组子系统自动机模型分析

4．4 风电机组监控系统自动机建模

4．5 风电机组监控系统的监控实现分析

4．5．1 监控实现方法

4．5．2 监控实现过程

4．6 本章小结

第五章 系统仿真分析

5．1 仿真平台

5．1．1 Stateflow的特点

5．1．2 Stateflow仿真方法

5．2 仿真模型建立

5．3 仿真运行过程及结果分析

5．3．1 仿真运行过程

5．3．2 仿真结果分析

5．4 本章小结

总结和展望

参考文献

致谢

附录A (攻读硕士学位期间发表的学术论文)

附录B (论文中相关程序代码)