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风力发电机组启动控制系统设计

第一章绪论

1.1课题背景及意义

随着国家能源战略的转型，可再生能源的利用越来越受到人们

的关注，其中风力发电是最为成熟和广泛应用的一种可再生能源

类型，而风力发电机组作为风力发电的核心设备，其启动控制系

统的设计对于保证风力发电机组正常运转及其安全可靠性至关重

要。

1.2国内外研究现状与进展

现有关于风力发电机组启动控制系统的研究大多集中在系统结

构设计、控制算法优化以及仿真研究方面。国内研究主要集中在

对电网并网运行、风向风速变化对机组的影响等问题的研究，而

国外研究则更加注重对风力发电机组启动控制系统的控制算法优

化，同时对控制系统的安全性和可靠性提出了更高的要求。

1.3本文主要研究内容及结构

本文以风力发电机组启动控制系统的设计为研究主题，主要研

究内容包括系统结构设计、控制算法优化、仿真验证以及安全性

分析等方面。本文结构分为六大章节，分别为绪论、基本原理、

系统结构设计、控制算法优化、仿真验证以及安全性分析。

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第二章基本原理

2.1风力发电机组启动原理

风力发电机组的启动过程是指将停机状态下的风力发电机组通

过控制系统的指令启动并实现风轮转动，进而将风力转换为电力

输出。启动过程的关键是能够克服阻力、克服惯性以及完成安全

启动。

2.2风电控制技术

风电控制技术是指通过对风电系统的电气控制和程序控制实现

风电系统的安全运行和优化控制。目前，风电控制技术主要应用

于电网并网控制、风电机组停机控制以及机组逆变器控制等方面。

第三章系统结构设计

3.1系统功能及设计要求

风力发电机组启动控制系统主要分为硬件控制部分和软件控制

部分，硬件控制部分负责对机组实施开关量控制和模拟量采集，

软件控制部分负责控制算法实现和系统监测、运行保护等。设计

要求包括控制系统的稳定性、可靠性、安全性、实时性以及扩展

性等方面。

3.2系统框图设计

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本文设计的控制系统框图主要包括测量模块、控制模块和保护

模块三大模块。其中测量模块主要负责实时获取风速、风向、转

速等各项参数，控制模块主要实现对机组的控制和智能调节，保

护模块主要负责在机组异常情况下实现及时保护。

第四章控制算法优化

4.1控制算法选型

本文选用PID控制算法作为控制算法，并对PID参数进行优化

调整。该算法具有响应快、计算简单、适应性强等优点，在实际

应用中具有广泛的适用性。

4.2PID参数调整方法

PID控制算法的参数调整是保证控制系统性能的瓶颈所在，本

文选择了克鲁伯曼算法和粒子群优化算法进行比较。实验结果表

明，粒子群优化算法在PID参数调整方面的效果优于克鲁伯曼算

法。

第五章仿真验证

5.1仿真模型建立

本文以Simulink为仿真软件，建立了风力发电机组启动控制系

统的仿真模型。该模型包括风轮模型、机械系统模型、电气系统

模型以及控制系统模型等四大部分。

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5.2仿真结果分析

通过对仿真模型的仿真分析，本文得