基于极限学习机的大型风电机组动态载荷控制研究.pdf

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1、分类号密级基于极限学习机的大型风电机组动态载荷控制研究研究生姓名：易怀洋指导教师姓名、职称：秦斌教授学科专业：电力电子与电力传动研究方向：复杂电气系统的信息集成和协调控制湖南工业大学二〇一八年六月十二日摘要为了最大限度的利用风能以及得益于控制技术的发展，风电机组向大型化、轻量化方向发展，其零部件的柔性逐渐增加，系统固有频率下降，风机更易受到外界环境干扰的影响。风的随机性以及风剪切效应、塔影效应和湍流的作用，使得作用于风电机组上的载荷存在时间和空间上的不平衡性。不平衡载荷引起机组零部件长时间振动，会导致零部件的严重疲

2、劳损坏，影响机组的稳定性和使用寿命。在风电机组的组成部件中，叶片和传动系统承受的载荷较大，可靠性较为脆弱。故本研究主要针对叶片和传动系统，在独立变桨距控制技术的基础上，对风电机组动态不平衡载荷的控制方法进行研究。首先，针对风机系统载荷种类多、非线性、强耦合，根据传统的机理建模方法建立风电机组叶根载荷模型复杂、运算量大，难以用于实时控制的问题，在FAST中搭建满足研究工况条件的5MW陆基大型风电机组模型，然后用极限学习机算法对陆基NREL5MW风机的叶根载荷进行辨识建模，分别建立了基于极限学习机（ELM）和在线极限学

3、习机（OS-ELM）的叶根载荷神经网络预测模型，并与用支持向量机（SVM）建立的叶根载荷模型进行比较，验证了所提的建模方法的可行性和有效性。再以叶根载荷OS-ELM神经网络建模方法为基础进行基于OS-ELM叶根载荷估计的风电机组独立变桨距控制器的设计，即提出一种基于OS-ELM叶根载荷估计模型的独立变桨距控制策略。有效解决了传统的基于叶根载荷反馈或者方位角与叶根载荷联合反馈的独立变桨距控制方法需测量叶根载荷并需要在风轮的各个叶片上装设载荷传感器，从而导致系统可靠性降低，运维成本大大增加的问题。其次，进行传动系统动力

4、学模型构建，设计传动系统阻尼滤波器，不同于传统的增加阻尼的方法，通过在原转矩基础上添加一个与传动链扭转速度相反且很小的附加转矩，以增大传动链等效阻尼的方式来实现降低传动链的扭转波动问题。最后，借助FAST、MATLAB/Simulink等仿真软件进行联合仿真，仿真结果验证了所提出的控制策略在降低系统动态载荷，提高机组抗干扰能力和稳定性方面的有效性。关键词：风电机组，独立变桨距，动态载荷，风机载荷建模，极限学习机算法IABSTRACTInordertomaximizetheuseofwindenergyandbene

5、fitfromthedevelopmentofcontroltechnology,windturbinesarebecominglargerandlighter,theflexibilityofthecomponentsisincreasing,andthenaturalfrequencyofthesystemisdecreasing,sowindturbinesaremorevulnerabletobedisturbedbytheexternalenvironment.Becauseoftherandomness

6、ofwindandtheeffectofwindshear,towershadowandturbulence,theloadsactingonwindturbinesarenotuniformintimeandspace.Alongtimevibrationcausedbytheunbalancedloadswillleadtotheseriousfatiguedamageofthecomponentsandaffectsthestabilityandservicelifeofthewindturbines.Int

7、hecomponentsofwindturbines,bladesanddrivesystembearlargeloads,thereliabilityisrelativelypoor.Thisresearchfocusonthebladeandthedrivesystem,andthecontrolmethodofdynamicunbalanceloadsofwindturbineisstudiedbasedonthetechnologyofindividualpitchcontrol.First,Inviewo

8、floadvariety,nonlinearandstrongcouplingofthewindturbinesystem,andcomplexmechanismandlargeamountofcomputation,traditionalbladerootloadmodelsisdifficultytobeusedforreal-timecontrol,a