兆瓦级风力发电机组的随机预测控制研究

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1、夕炎大硕士研究生学位论文兆瓦级力发电机组的随机预测控制研究学生姓名寇学科、专业控制科学与二程研究方向控制理论与应用师史运涛校外导师北方工业大学研究生院北方工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研宂工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：地年月日学位论文使用授权书学位论文作者完全了解北方工业大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研宄生在校攻读学位期间论文工作

2、的知识产权单位属北方工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文（保密的学位论文在解密后适用于本授权书）。口保密论文注释：经本人申请，学校批准，本学位论文定为保密论文，密级：，期限：年，自年月日起至年月日止，解密后适用本授权书。呆密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。本人签名：氣手日期：导师签名：曰期：之。北方工业大学硕士学位论文兆瓦级风力发电机组的随机预测控制研究摘要在随机、间歇的风力载荷作用下兆瓦级风力发电机组表现出随机混杂系统的典型

3、特性。由于风速的随机性和不可控性，风电机组在不同的风速时对功率和转速均有不同的控制要求。一般来说在风速小于切入风速时，风机不启动；在风速大于切入风速小于额定风速时，风机需最大效率的捕获风能；当风速超过额定风速时则需要限制功率上升并保持系统稳定。整个风电机组在控制系统的作用下在部分负荷、满负荷、系统停机的几个离散状态之间切换。风电机组在部分负荷、满负荷和无负荷之间的相互转换满足马尔科夫链模型。因此开展对于兆瓦级风力发电机组的随机混杂系统建模和随机预测控制系统研宄是至关重要的。本文第一部分讨论了风力发电机组的离散随机混杂自动机的建模问题，利用机理建模与数据驱动相结合的方法，根据风力发电机组的机理模

4、型方程，结合风力发电机组的实时数据，建立风力发电机组连续状态演化的切换仿射系统模型并计算风力发电机组的离散状态（包括停机、最优功率捕捉、恒功率运行）的马尔科夫链转移概率矩阵，从而建立风力发电机组的正常模式下的模型；第二部分介绍了一种能够实现闭环随机稳定的控制问题，并在风力发电机组的离散随机混杂自动机模型上使用该方法进行控制，仿真结果良好；第三部分介绍了一种基于场景枚举的随机预测控制算法及其工具箱，随后给出一个简单的仿真实例，并对在兆瓦级风力发电机组模型上的应用进行了探讨与展望。关键词：兆瓦级风电机组，离散混杂随机自动机，随机模型预测控制北方业大学硕士学位论文，，，，：，北方丁业大学硕士学位论文

5、目录弓研宄的背景和意义课题的研宄现状本文主要研宄内容兆瓦级风力发电机组的建模兆瓦级风电机组连续状态演化的建模兆瓦级风电机组的机理模型建模兆瓦级风电机组的随机离散状态机建模兆瓦级风电机组的模型兆瓦级风力发电机组的闭环随机稳定控制问题闭环随机稳定控制算法无约束情况有约束情况基于兆瓦级风力发电机组的算法仿真兆瓦级风力发电机组的基本控制策略仿真与结果分析本章小结基于场景枚举的随机模型预测控制基于场景枚举的随机预测控制算法场景树的建立控制问题描述随机预测控制工具箱简介工具箱考虑的问题描述工具箱的控制器构建工具箱的输出滚动优化求解工具箱工作流程图仿真实例参数初始化北方工业大学硕士学位论文构建控制器滚动优化

6、求解结果本章小结结论与展望申请学位期间的研宄成果及发表的学术论文北方工业大学硕士学位论文引言研究的背景和意义随着能源与环境问题的日益突出，世界各国正在把更多目光投向可再生能源，其中风能有其自身优势。风能作为可再生能源的重要类别，在地球上是最古老、最重要的能源之一，具有巨大蕴藏量、可再生、分布广、无污染的特性，因此成为全球普遍欢迎的清洁能源。风力发电成为目前最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电方式。然而兆瓦级风力发电机组在随机风力载荷作用下，其机械稳定性问题非常突出，受到随机端流作用后对电网的冲击更大，发生各种事故的概率较之小功率风力发电机组更高。随着兆瓦级风力发电机组的大规模应用

7、，其运行维护费用以及事故频发所造成的巨大损失严重影响了风电的经济效益。因此开展对于兆瓦级风力发电机组的随机预测控制系统研宄己经迫在眉睫。课题的研究现状风力发电机组的建模研宄己经有几十年的历史，最早可以追溯到年为美国宇航局设计的模型。后来有越来越多的学者提出不同的风电机组模型。肖劲松等人分析了变桨距型和大型失速型风力发电机组的结构特点，在建模过程中忽略了风力发电机组的不确定性部分，将其放入到系统的控