基于李雅普诺夫理论的风电机组转速安全性分析

摘要

为了对风电机组的转速进行安全性分析，本文建立了风电机组系统的参考模型，采用单一停机触发策略，模拟了发电机转速超速停机和功率超速停机两种状况。提出采用子系统空间辨识法，在风电机组的先验条件不足的情况下，通过将紧急停机工况仿真获得的数据分为输入激励和输出响应，获得与原风电机组运行数据拟合度较高的状态空间方程，与传统辨识方法相比更加简便直接。根据李雅普诺夫稳定性理论求得李雅普诺夫V函数，找到目标安全阈值参数，得到风电机组能够稳定运行的安全阈，并用不同运行状态下的风电机组运行数据进行验证，确保获取的安全域的准确性。主要结论为:通过风力发电机组安全链设置单一停机触发策略，从而使风电机组因单一变量超限而停机，可以得到不同限定条件下的各物理量运行情况;通过选取合适的系统辨识法能够在先验条件不足的情况下，仅使用输入激励和输出响应数据就可以通过采用子系统空间辨识法求得以发电机转速和功率为输出的风电机组5阶状态空间方程;根据李雅普诺夫稳定性理论，在辨识出的系统状态空间方程的基础上求得李雅普诺夫V函数，构建风电机组系统的安全阈值范围，当运行数据的数值点落在安全阈值范围内时，则可以确保系统处于稳定运行状态。

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 全球风电发展现状

1．1．2 中国风电发展现状

1．2 国内外研究现状及发展动态

1．2．1 子空间辨识方法的研究概况

1．2．2 李雅普诺夫理论研究现状

1．3 主要研究内容

2．1 引言

2．2 风电机组参考模型

2．2．1 轴系模型

2．2．2 变桨距模型

2．2．3 风速模型

2．3 风力发电机组运行仿真计算

2．3．1 发电机转速超限停机

2．3．2 功率超限停机

2．3．3 正常停机工况

2．4 本章小结

3．1 引言

3．2 子系统空间辨识法

3．2．1 辨识原理

3．2．2 子空间辨识模型设计

3．3 子系统空间辨识算法

3．3．1 系统的状态空间描述

3．3．2 系统阶数估计

3．4 风力发电机组系统辨识分析

3．5 本章小结

4．1 引言

4．2 李雅普诺夫稳定性理论

4．2．1 李雅普诺夫第一法

4．2．2 李雅普诺夫第二法

4．3 风电机组安全运行框架的设计

4．3．1 构造风力发电机组运行的安全系统模型

4．3．2 基于李亚普诺夫稳定性理论的安全阈值模型的构造

4．4 风力发电机组安全性分析计算

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它结果

致谢