风电系统三维风场预测与最大风能捕获方法的研究

【摘要】：风能相比于不可再生能源有着很大的优势，随着人们对风能的利用越来越广泛，对风力发电系统的要求也越来越高，目前能够准确预测风电系统的发电量和最大限度的捕获风能已经称为研究风力发电系统的两大热点问题。 将风电系统的发电量进行准确预测的基础是先将风速进行准确预测，所以本文所研究的三维风场预测主要侧重于风速的预测。根据风电场的历史风速数据采用蚁群优化BP神经网络算法对风速进行提前一个小时短期预测，并将相对百分误差、平均绝对百分比误差和均方根相对误差这3个指标对模型进行评价，结果表明其相较于单纯的BP神经网络算法误差更小，具有更高的精度，为了实现风电场的三维风场预测引入空间相关法，不仅实现了对风电场时间上的预测同时实现了对多个地点的风速预测，仿真结果表明在同一风向上的不同点风速曲线不仅出现了时间上的延迟，并且大致的走向及波动也表现出了很强的相似性，说明基于蚁群优化BP神经网络对风速进行时间上的预测再加上空间相关法对风速进行空间上的预测组合形成的三维风场仿真模型在判断风电场的大致走向上是可行有效的。通过对三维风场的预测，不仅可以作为风电场的参考数据，并且使用风速对风功率进行准确预测可以有效的对并网进行控制，减少并网带来的不利影响。 针对双馈异步风力发电机想要最大限度的捕获最大风能，关键是使风力发电机保持在最佳叶尖速比处，根据叶尖速比与转速的函数关系得知存在最佳转速对应其最佳叶尖速比，所以当风速变化时能够及时变化转速是捕获最大风能的主要问题。本文基于爬山搜索法建立了捕获最大风能仿真模型，同时建立了风力仿真模型、双馈发电机仿真模型并进行仿真，仿真结果表明当风速由5m/s突变为7m/s时利用爬山搜索法能够及时调整风力发电机的转速使其到达其最优转速附近，从而捕获最大风能。 【关键词】：风电系统 三维风场 风速预测 最大风能捕获 爬山搜索法
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景和意义12-15
• 1.2 风场预测的研究概况15-17
• 1.3 最大风能捕获方法的研究概述17-18
• 1.4 本文的主要工作18-19
• 1.5 章节安排19-20
• 第2章 风速预测与风力发电机20-27
• 2.1 引言20-21
• 2.2 风速的特性21-23
• 2.2.1 风速的分布特性21
• 2.2.2 风速的变化特性21-22
• 2.2.3 风力等级22-23
• 2.3 风力发电机23-26
• 2.3.1 风力发电机概念23
• 2.3.2 风力发电机的分类概述23-25
• 2.3.3 风力发电机的基本性能参数25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 风电系统三维风场预测27-48
• 3.1 BP 神经网络算法27-34
• 3.1.1 BP 神经网络算法的网络结构30-31
• 3.1.2 BP 神经网络算法的步骤31-33
• 3.1.3 BP 神经网络算法的优缺点33-34
• 3.2 使用 MATLAB 实现 BP 神经网络模型34-36
• 3.2.1 神经网络涉及到的 MATLAB 工具箱中相关函数的介绍34-36
• 3.2.2 使用 MATLAB 实现 BP 神经网络模型的步骤36
• 3.3 基于蚁群优化 BP 神经网络的短期风速预测36-43
• 3.3.1 蚁群算法的基本原理37-39
• 3.3.2 基于蚁群优化 BP 神经网络的预测模型39-40
• 3.3.3 仿真结果40-43
• 3.4 基于空间相关法对三维风场的预测43-46
• 3.4.1 空间相关法43-44
• 3.4.2 仿真结果44-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第4章 基于爬山搜索法的最大风能捕获仿真研究48-77
• 4.1 双馈风力发电机的基本结构和工作原理48-57
• 4.1.1 基本结构及特点48-50
• 4.1.2 基本方程式、等效电路和向量图50-53
• 4.1.3 定、转子电流计算53-55
• 4.1.4 能量流动平衡关系55-57
• 4.2 双馈风力发电机数学模型57-65
• 4.2.1 三相静止坐标系下电机模型58-60
• 4.2.2 三相静止坐标到两相旋转坐标的转换60-61
• 4.2.3 两相同步旋转坐标系上的数学模型61-63
• 4.2.4 PQ 解耦控制63-65
• 4.3 最大风能捕获算法65-70
• 4.3.1 最佳叶尖速比控制67
• 4.3.2 功率信号反馈控制67-68
• 4.3.3 爬山搜索法68-70
• 4.4 仿真模型70-76
• 4.4.1 风力机仿真模型71
• 4.4.2 双馈异步发电机仿真模型71-72
• 4.4.3 捕获最大风能仿真模型72
• 4.4.4 系统整体仿真模型72
• 4.4.5 仿真结果72-76
• 4.5 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-84
• 攻读硕士学位期间发表论文和获得的科研成果84-85
• 致谢85-86

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

采用延拓法的风电系统稳定模型二维参数分岔边界的计算与研究    马幼捷;问虎龙;周雪松;李季;杨海珊;

直驱型风电系统低电压穿越技术仿真分析    栗然;王飞;

风电系统及其电压特性研究    潘文霞,陈允平,沈祖诒

小功率集群式风电系统设计与研究    张广宁;

永磁直驱变速风电系统的控制及稳定性分析    耿华;许德伟;吴斌;杨耕;

不同风电系统动态电压稳定的分岔分析    许珊珊;汤放奇;周任军;马新惠;

基于二阶广义积分的风电系统电压跌落检测法    朱鑫;袁铁江;晁勤;李建林;孔飞飞;

永磁同步风电系统低电压穿越效果比较    闫志海;任永峰;李秀芬;何璇;栾鹏飞;

大型变速恒频风电系统的建模与仿真    孙国霞;李啸骢;蔡义明;

基于直流电网的非并网风电系统及其控制策略    陈杰;张先进;龚春英;严仰光;

分频风电系统的频率优化控制策略研究    王传杰;王锡凡;

大规模规划建设风电刍议    武云甫;武英华;蔡南;

直驱永磁同步风电系统低电压穿越的研究    杨晓萍;段先锋;冯帆;

变速恒频双馈风电系统的建模及运行特性分析    潘庭龙;纪志成;

风电系统齿轮箱振动特性研究与优化    丁千;张微;张文德;朗作贵;

基于模糊逻辑的变速恒频风电系统最大风能追踪控制    肖运启;徐大平;吕跃刚;

基于MLD的风电系统全工况建模与预测控制研究    史运涛;刘伟川;郑虹;

考虑EENS的含风电系统旋转备用获取模型    王丹平;

风电系统中双馈发电机的励磁控制研究    刘超辉;叶全胜;应黎明;

基于储能的直驱风电系统低电压穿越控制策略    张坤;陆继明;毛承雄;王丹;

三海机电公司自主创新天地宽    记者 王君开

海岛中小型独立风电系统可靠运行技术研究    董永军

风力发电系统能量优化问题的研究    耿华

风电场并入电网的调控理论研究    王成福

风电系统多参数动分岔分析及其控制    李小双

风电系统中混沌动力学行为分析    刘馨芳

小型风电系统的整流卸荷装置的设计与实现    邢星

考虑旋转备用效益的含风电系统机组组合优化模型研究    余军威

永磁直驱型风电系统低电压穿越技术研究    靖言

双馈型风电系统安全运行研究    宫有民

风电系统的混沌参数分析与控制    李苏扬

筒型基础近海风电系统地震动力响应分析    刘国威

含风电系统旋转备用优化模型研究    崔宁宁

基于双馈感应发电机的风电系统故障穿越能力研究    杜宝星