硕士研究生学位论文风力发电机组非参数模型状态监测关键问题研究 精品Word文档格式.docx

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学科

控制科学与工程

专业

检测技术与自动化装置

所在学院

控制与计算机学院

答辩日期

授予学位单位

华北电力大学

ClassifiedIndex:

TM614

U.D.C:

621.3

DissertationfortheMasterDegreeinEngineering

Candidate：

Supervisor：

Prof

AcademicDegreeAppliedfor：

MasterofEngineering

Speciality：

Detectiontechnologyandautomationequipment

School：

SchoolofControlandComputerEngineering

DateofDefence：

March，2013

Degree-Conferring-Institution：

NorthChinaElectricPowerUniversity

华北电力大学硕士学位论文原创性声明

本人郑重声明：

此处所提交的硕士学位论文《风力发电机组非参数模型状态监测关键问题研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。

据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。

本声明的法律结果将完全由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

华北电力大学硕士学位论文使用授权书

《风力发电机组非参数模型状态监测关键问题研究》系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。

本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。

本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。

本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。

本学位论文属于（请在以上相应方框内打“√”）：

保密□，在年解密后适用本授权书

不保密□

导师签名：

摘要

风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展，其中风力发电机组大型设备状态监测成为风电研究领域的重要组成部分。

本文在近几年国内外关于风电机组状态监测研究成果的基础上，针对风力发电机组控制、风力发电机组的运行以及风电机组仿真的需要，展开对状态监测关键问题的研究，主要工作内容和创新成果如下:

1.详细分析了风力发电机组状态监测的现状，提出基于非参数建模状态监测方法的两个关键问题：

输入变量集选取及残差处理。

2.由于在建立机组各部件重要测量参数的预测模型时，该测量参数预测模型的输入变量集的确定，是建立其准确模型的关键，因此，预测模型输入变量集的确定是影响预测模型精度的重要因素。

本文详细分析了变量集之间的相关关系及判断变量参数相关关系的方法，建立风电机组齿轮箱温度的IPSO-BP状态监测模型，并依据相关关系定量分析的结果来选取IPSO-BP模型的输入变量集，通过对比分析残差结果，总结出非参数模型输入样本集选取的方法。

3.在风力发电机组非参数预测模型的残差统计方法中，合适的滑动窗口能够消除由于测量误差，机组启停等偶然因素造成的孤立的较大残差的影响。

本文详细分析了双滑动窗口残差统计的方法及原理，指出了双滑动窗口具有能够抑制孤立异常残差的作用，并利用IPSO-BP预测模型加以验证。

关键词：

状态检测、相关性分析、残差统计方法、双滑动窗口、IPSO-BP模型

Abstract

Asacleanandrenewableutilizeway,thewindpowerhasbeendevelopedworldwideinrecentyears,andtheconditionmonitoringofthelargeequipmentofthewindpowerunitshasbecometheimportantpart.Onthebasesoftheresearchachievementofconditionmonitoringonthewindpowerunitsinrecentyears,thisarticleaimsattherequirementsonthecontrol,operationandthesimulationofthewindpowerunit,andresearchonthemainissuesofconditionmonitoring,themaincontentofworkandtheinnovateachievementareasfollows:

1.Itanalysisthecurrentsituationoftheconditionmonitoringonthewindpowerunitindetails,andcomeupwithtwoissuesinthefieldofconditionmonitoring,oneisregardingtheselectionofinputvariableandanotheroneisregardingthedisposeofresidual.

2.Thekeypointofestablishingaccuracymodelisdeterminedbythemeasureparameterofinputvariablesetswhentheforecasemodelsofthemainmeasureparametersofeachcomponentisestablished.Thearticleanalysisthejudgemethodandtherelativerelationshipamongthevariablesets,establishtheIPSO-BPconditionmonitoringmodelregardingthetemperatureofbearingsofwindpowerunits.ItwillselectedtheinputvariablesetsoftheIPSO-BPmodelsaccordingtotheanalysisresultsoftherelativerelationships,anditwillrefinetheselectionwaysofnon-parametermodelinputsamplesincontrasttotheresultsofresidual.

3.Inthestatisticalmethodsofresidualregardingnon-parameterforecasemodelsofthewindpowerunits,thesuitableoftheslippingwindowscaneliminatetheimpactscausedbymeasureerrorsandoccasionalreasons,forexampletheshutdownoftheunits.Thearticleanalysisthemothedandprincipleoftheduplexslippingwindowsindetails,itindicatesthesuppressionfuctionontheabnormalresidualbyusingtheduplexslippingwindows,then,confirmsitbyusingtheIPSO-BPforcasemodels.

Keywords:

conditionmonitoring,relativityanalysis,statisticalmethodsofresidual,doubleslippingwindows,IPSO-BPmodels

目录

摘要I

AbstractII

目录I

第1章绪论1

1.1本文研究的目的和意义1

1.2风力发电机组状态监测的研究2

1.2.1风力发电机组状态监测的必要性3

1.2.2国内外研究现状3

1.3本课题的主要研究内容5

第2章基于IPSO-BP模型状态监测的研究6

2.1引言6

2.2IPSO-BP神经网络基本原理7

2.3基于IPSO-BP模型状态监测8

2.3.1IPSO-BP网络结构及训练样本的选择8

2.3.2IPSO-BP网络的训练及验证过程10

2.4齿轮箱温度IPSO-BP神经网络模型预测残差统计分析12

2.4.1滑动窗口残差均值与标准差统计12

2.4.2齿轮箱工作异常时温度残差统计特性分析13

2.4.3齿轮箱预测残差分析14

2.5本章小结16

第3章关键问题一：

非参数模型输入变量集选取17

3.1引言17

3.2相关性分析的概述18

3.3基于IPSO-BP模型输入变量集选取的比较分析19

3.3.1作散点图19

3.3.2从物理和能量转换的角度分析参数与齿轮箱温度的相关关系22

3.3.3基于IPSO-BP模型输入变量集选取的比较分析23

3.4本章小结26

第4章关键问题二：

基于莱特准则的双滑动窗口残差统计方法27

4.1引言27

4.2基于莱特准则的双滑动窗口残差统计方法28

4.2.1莱特准则判别方法28

4.2.2双滑动窗口残差统计方法概述29

4.3基于IPSO-BP模型双滑动窗口残差统计方法30

4.4本章小结31

第5章结论与展望33

参考文献35

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果38

致谢39

第1章绪论

1.1本文研究的目的和意义

能源，是现代文明发展不可或缺的因素，在推动社会经济飞跃发展中起着至关重要的作用。

基于能源供应的可靠性、安全性和能源利用的高效性、清洁性，能源在世界各国经济可持续发展的道路上扮演着越来越重要的角色[1]。

长期以来，化石能源作为世界能