基于Kalman滤波算法的状态估计及风电机组可靠性建模与优化研究

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1、北京化工大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，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究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。作者签名：三墨』訇!虱日期：作者签名：二鱼垒I!型日期：关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保

2、留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，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。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：导师签名：日期：塑!f：查：2日期：丞型：≤：2日期：丛!!L垒：么学位论文数据集中图分类号TP273学科分类号510．8010论文编号100102011769密级公开学位授予单位代码10010学位授予单位名称北京化工

3、大学作者姓名冯园园学号2008000769获学位专业名称控制科学与工程获学位专业代码081101非线性系统状态估计和课题来源自选课题研究方向风力发电系统可靠性研究论文题目基于Kal眦n滤波算法的状态估计及风电机组可靠性建模与优化研究状态估计，Kal衄n滤波，扩展Kal眦n滤波，基于unscented变换的关键词Kal眦n滤波，风力发电机组，可靠性模型，维修策略，马尔可夫过程，马尔可夫决策方法论文答辩日期2011年5月31日·论文类型基础研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师李大字副教授

4、北京化工大学复杂系统建模与优化评阅人1曹政才副教授北京化工大学智能控制评阅人2夏涛副教授北京化工大学计算机技术评阅人3答辩委员糊王建林教授北京化工大学智能测控技术与系统答辩委员1曹柳林教授北京化工大学流程工业建模与控制答辩委员2李宏光教授北京化工大学控制理论与控制工程答辩委员3黄克谨教授北京化工大学化工过程系统工程答辩委员4陈娟教授北京化工大学过程控制、电力电子询。注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。三．学科分类号在中华人民共和国国家标准(G

5、B／T13745—9)《学科分类与代码》中查四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成．摘要基于Kalman滤波算法的状态估计及风电机组可靠性建模与优化研究论文的研究由两部分组成。一方面从状态估计的重要性出发研究了基于Kalman滤波(KF)算法的几种状态估计方法。从最基本的Kalman滤波算法出发，研究了扩展Kalman滤波(EI师)算法，基于Unscented变换的Kalman滤波算法(UKF)，及其带约束条件的UI汀算法，并提出了一种改进型扩展卡尔曼滤波一抗衰减因子扩展Kalman滤波算法。并将这些算

6、法进行了应用研究。另一方面以风力发电为背景，研究了复杂系统的可靠性建模与优化的问题。风力发电是目前最有发展前景的新能源之一，论文研究了风力发电装置运行可靠性的计算方法，建立了基于马尔可夫过程的风力发电系统整机的可靠性模型，并在此基础提出了一种新的风电装置的维修策略的优化方法。论文的主要研究工作及研究成果如下：1．研究了几种基于KF算法的状态估计算法，主要包括KF算法、EI口算法、UKF算法和约束UKF算法。通过三相异步电机控制系统中重要变量的状态估计，进行了EKF算法和Ⅵ口算法性能的对比研究。2．将Kalman

7、滤波器用于电机控制系统中。基于实验室风力发电半物理实验装置，根据现场采集的数据对发电机进行建模和控制。研I北京化工大学硕上学位论文究表明，带有Kalman滤波器的内模PID(IMC．PID)控制方法取得较好的控制效果。3．针对系统噪声统计特性不准确时会导致滤波器滤波发散的问题，提出了一种新的抗衰减因子扩展卡尔曼滤波算法，通过仿真验证了新算法的有效性。4．鉴于UKF算法优越的性能，以及发酵过程复杂、高度非线性和难于在线测量重要反应物变量等特点，本文提出一应用创新一将U心算法用在酿酒酵母发酵过程中进行重要状态变量的

8、状态估计，仿真结果表明了这一应用的有效性。5．以目前世界各国使用较多的水平轴双馈型风力发电机组为例进行可靠性建模与维修策略的优化研究。首先建立了基于马尔可夫转移过程理论的可靠性数学模型，然后构造了包含机组老化、故障和维修等环节的马尔可夫过程模型，以维修间隔为优化变量，对机组可靠性实施优化。在此基础上，确定一个优化后的维修间隔，应用马尔可夫决策方法对风电机组进行维修策略的优化。关键词：状