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并网风力发电机组的运行状态评估

作　者: 胡姚刚
导　师: 李辉
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 风电机组状态评估模糊综合评判物元分析 LabVIEW
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 1次
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内容摘要

当今我国的风电装机容量迅猛增长,单机容量为兆瓦级大型风力发电机组以及上百兆瓦风电场正得到迅速发展;大容量风力发电场的建设正由陆地向近海发展,甚至向深海区域发展的趋势。相比陆地风力发电机组,海上风力发电机组将面临更恶劣的运行环境条件和更高的运行维护成本。因此,及时全面准确的监测和评估并网风电机组的运行状态,有效避免故障及连锁故障的发生,对于优化风电场的维修策略和实现大规模风力发电安全高效的并网具有重要的现实意义。本文在掌握了并网风力发电机组工作原理和控制原理的基础上,开展了以下研究工作:①在对并网风电机组的工作原理、基本构成深入了解的基础上,重点掌握风电机组控制系统及其所监测特征参量的运行特点,并对常见故障模式、故障机理、停机损失和故障统计数据等进行分析。②模糊综合评判方法因不需要过多依赖试验数据,本文尝试利用机组的在线监测信息,研究风电机组运行状态评估模型。首先构建了风电机组运行状态评估指标体系,并引入劣化度概念通过设定限值对各评估指标进行量化;其次,基于传统的变权方法,对采用层次分析法确定的评估指标常权权重进行变权处理;再次,应用模糊综合评判方法,建立了风电机组运行状态评估模型。最后,通过实际监测数据对所建立的评估模型进行计算分析。③考虑到风电机组的变速恒频运行特性,本文在上述基于模糊综合评判的风电机组运行状态评估模型基础上,对评估指标进一步分类量化,并采用Bin方法对部分评估指标求得其相应拟合函数及动态限值;另外,对传统的变权方法进行改进,结合可拓集合中的关联函数,建立了风电机组运行状态的物元评估模型,并对评估方法和模型进行比较分析。④以本文所构建的两种评估方法为基础,基于LabVIEW平台开发了风电机组运行状态评估软件,并以实际运行数据通过仿真验证其有效性。以上研究成果可应用于风电机组控制系统和风电场SCADA系统中,为确保并网风力发电机组的高可靠性和高可利用率,降低运行维护成本,对实现并网风力发电机组的状态检修具有重要的实用价值。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题背景及研究意义  9-12
  1.2 风电机组运行状态评估的国内外研究现状  12-13
  1.3 本文的研究内容  13-14
2 风电机组在线监测信息及其故障模式统计分析  14-26
  2.1 引言  14
  2.2 风电机组简介  14-17
    2.2.1 风电机组工作原理及其类型  14-16
    2.2.2 风电机组基本结构  16-17
  2.3 风电机组控制系统及其在线监测信息  17-20
    2.3.1 风电机组控制系统的基本功能  17-18
    2.3.2 风电机组在线监测信息  18-20
  2.4 风电机组主要部件的故障机理分析  20-22
    2.4.1 齿轮箱故障机理分析  20-21
    2.4.2 发电机故障机理分析  21
    2.4.3 变频器故障机理分析  21-22
  2.5 风电机组典型故障信息统计  22-25
  2.6 小结  25-26
3 基于模糊综合评判的风电机组运行状态评估模型  26-42
  3.1 引言  26
  3.2 模糊综合评判理论  26-30
    3.2.1 模糊综合评判  26-27
    3.2.2 隶属函数的确定  27-28
    3.2.3 权重的确定  28-30
  3.3 风电机组运行状态评估指标体系及其量化方法  30-34
    3.3.1 风电机组运行状态评估指标体系  30-32
    3.3.2 评估指标量化方法  32-34
  3.4 基于模糊综合评判的风电机组运行状态评估模型  34-37
    3.4.1 评判语集及其各层次模糊评判矩阵的建立  34
    3.4.2 模糊算子和评估指标的处理  34
    3.4.3 各级评估指标的隶属函数确定  34-35
    3.4.4 各级评估指标权重确定  35-37
  3.5 实例分析  37-41
    3.5.1 实例一  37-40
    3.5.2 实例二  40-41
  3.6 小结  41-42
4 风电机组运行状态的物元评估模型  42-57
  4.1 引言  42
  4.2 评估指标的量化方法  42-47
    4.2.1 评估指标分类量化  42-46
    4.2.2 劣化度  46-47
  4.3 物元分析理论  47-48
    4.3.1 物元定义  47
    4.3.2 可拓集合理论  47-48
  4.4 风电机组运行状态的物元评估模型  48-51
    4.4.1 经典域物元和节域物元  48-49
    4.4.2 改进的变权方法  49-50
    4.4.3 关联函数值及其关联度确定  50
    4.4.4 风电机组运行状态评估流程  50-51
  4.5 实例分析  51-55
  4.6 风电机组运行状态评估方法的比较  55-56
  4.7 小结  56-57
5 基于 LabVIEW 的风电机组运行状态评估软件开发  57-66
  5.1 引言  57
  5.2 虚拟仪器简介  57-59
    5.2.1 虚拟仪器的基本概念  57
    5.2.2 虚拟仪器的优点  57-58
    5.2.3 LabVIEW 软件简介  58-59
  5.3 风电机组运行状态评估软件实现  59-65
    5.3.1 LabVIEW 与MATLAB 的混合编程  59-61
    5.3.2 风电机组运行状态评估软件的流程设计  61-62
    5.3.3 风电机组运行状态评估软件  62-65
  5.4 小结  65-66
6 结论与展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
附录  72-73
  A. 评估用的850kW 风力发电机组技术参数  72
  B. 作者在攻读学位期间发表的论文  72-73
  C. 作者在攻读学位期间所申请发明专利  73
  D. 作者在攻读学位期间所参与的项目  73

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