大功率碟式太阳能电站大风预警控制系统研究

【摘要】：大风是影响太阳能电站发电安全性和稳定性的主要自然因素，它可能会引起太阳能发电系统聚光器网架严重变形、集热镜破损甚至整机损坏性坍塌，为确保太阳能电站的安全、可靠和高效运行，本文针对大风预警控制系统开展了预警策略研究、系统研究设计与分析。 在总结国内外相关研究成果的基础上，根据太阳能电站的大风预警要求和可能的风场特点，论文提出了以时间点预警为主、预警值预警为辅的预警策略，同时针对湘电集团25KW太阳能电站双轴跟踪驱动系统，设计了一种大风预警控制系统，开展了相关元器件的选型研究和电气控制系统设计分析。基于交流永磁同步电机矢量控制策略，构建了大风预警控制系统的电流环、速度环和位置环的三闭环反馈伺服控制系统并建立了其数学模型，仿真分析了整个系统的响应特性，并探讨了改变等效转动惯量、等效阻尼、等效刚度和传动比对高度角角速度及角加速度的影响。对比分析了时间序列分析法、卡尔曼滤波法和神经网络算法特点及其在风速预测中的优劣，确定了可用于大风预警控制系统的卡尔曼-时间序列法与RBF神经网络算法相融合的组合预测算法。 基于组态王和MATLAB的软件平台，开发设计了一种大风预警控制系统，开展了PLC、风速预测程序设计和用户登录管理、风速历史数据等应用界面设计，进行了风速实时监测、报警、风速预测、风速平稳性判断等在大风预警控制系统中的应用研究，搭建了大风预警控制系统试验平台并进行了现场调试，试验结果表明该大风预警控制系统软硬件设计合理，风速预测误差为6.27%，整个风速预测过程耗时40s，均能满足大风预警性能要求，从而有效实现对太阳能电站的保护作用。 【关键词】：大风预警控制系统 预警策略 伺服控制系统 风速预测算法 设计与实现
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP273;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 选题背景及研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 铁路大风预警系统研究现状12-13
• 1.2.2 风速预测算法研究现状13-14
• 1.3 研究内容14
• 1.4 论文章节安排14-16
• 第二章 大风预警控制系统预警策略及系统构成分析16-27
• 2.1 预警策略分析与确定16-18
• 2.1.1 时间点预警16
• 2.1.2 空间点预警16-17
• 2.1.3 预警值预警17
• 2.1.4 预警策略确定17-18
• 2.2 系统总体构成18-20
• 2.3 系统的硬件设计20-26
• 2.3.1 PLC 及其相关模块20-21
• 2.3.2 传感器21-22
• 2.3.3 伺服驱动器22-24
• 2.3.4 交流伺服电机24-25
• 2.3.5 大风预警控制系统电气原理图25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 大风预警控制系统建模与仿真分析27-44
• 3.1 控制系统的组成27-29
• 3.1.1 一般控制系统组成27-28
• 3.1.2 太阳能控制系统组成28-29
• 3.2 太阳能控制系统双轴传动机构29-30
• 3.2.1 方位角行程计算29
• 3.2.2 高度角行程计算29-30
• 3.3 太阳能控制系统的建模30-37
• 3.3.1 驱动电机建模30-34
• 3.3.2 电流环设计34-35
• 3.3.3 速度环设计35-36
• 3.3.4 位置环设计36
• 3.3.5 机械传动机构计算36-37
• 3.4 太阳能控制系统仿真分析37-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 大风预警控制系统风速预测算法研究44-62
• 4.1 风速预测算法的性能要求44-45
• 4.2 风速时间序列的检验与预处理45-47
• 4.2.1 游程检验法45-46
• 4.2.2 实例分析46-47
• 4.3 风速预测算法建模与预测47-60
• 4.3.1 模型预测的评价指标47-48
• 4.3.2 时间序列分析法建模与预测48-51
• 4.3.3 卡尔曼-时间序列法建模与预测51-54
• 4.3.4 RBF 神经网络算法建模与预测54-57
• 4.3.5 组合算法建模与预测57-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 大风预警控制系统设计与实现62-77
• 5.1 系统程序设计62-65
• 5.1.1 PLC 程序设计62-64
• 5.1.2 风速预测程序设计64-65
• 5.2 上位机界面设计65-73
• 5.2.1 组态王软件介绍65
• 5.2.2 大风预警控制系统监控画面设计65-69
• 5.2.3 系统风速预测图形界面设计69-71
• 5.2.4 组态王和 MATLAB 的数据连接71-73
• 5.3 大风预警控制系统现场调试试验73-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 结论与展望77-79
• 6.1 全文总结77-78
• 6.2 未来工作展望78-79
• 参考文献79-82
• 致谢82-83
• 附录A：攻读学位期间参研项目和发表论文目录83

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