风力发电机组灵敏度分析
在过去的20年中，由于化石燃料的成本增加、储备有限及其对环境的不利影响，可再生能源被高度关注。与此同时，技术的进步、成本的降低以及政府不断推出的鼓励措施，进一步提高了可再生能源的竞争力。为此，我国大力发展风电产业，有效的去利用自然界可再生的风能资源。风能已成为电力系统增长最快的绿色能源和全球发展最快的可再生能源。其中，并网型双馈式风力发电机组成为工业应用最广泛的变频恒频风力发电机型。但是自然风的速度和方向是不断变化的，如何更高效的使用风能，改善风力品质，是风力发电技术的一个很重要的课题。 HM000105
随着风电场在电力系统中的规模越来越大，多风电场的协调控制问题越来也受到人们的重视。单个双馈风力发电机的控制器参数一般有十几个甚至多达几十个，在以往的研究中，同时控制这些参数带来控制上的“维灾数”以及控制时间延长。所以有必要选出主导控制参数，在协调优化控制参数的时候，可以优先优化主导控制参数，这样既可以减少被优化参数的个数，加快控制的速度，又可以达到很好的控制效果。
本文的主要工作就是在等值模型建立的基础上，对其控制参数进行分析,把一个只拥有6台风机的风电接入系统作为研究对象，研究该风力发电机(DFIG)的参数。运用轨迹灵敏度的方法，对DFIG中的网侧、转子侧的电压和电流控制参数等控制参数进行分析，比较灵敏度大小，以对电机实施优化控制。
关键词：灵敏度；控制参数；风力发电
2.1.1风力机
风力机是风力发电机组的重要部件，风以一定的风速和攻角作用在风力机的桨叶上，风轮受到旋转力矩的作用，同时将风能转化为机械能以驱动发电机旋转。桨距风力机分为定桨距和变桨距风力机两种。风力机的转速很低，一般在十几r/min~几十r/min范围内，需要经过传动装置升速后，才能驱动发电机运行。直驱式低速风力发电机组可以由风力机直接驱动发电机旋转，省去中间的传动机构，显著提高了风电转换效率，同时降低了噪声和维护费用，也提高了风力发电系统运行的可靠性。
2.1.2发电机
发电机的任务是将风力机轴上输出的机械能转换成电能。发电机的选型与风力机类型以及控制系统直接相关。目前，风力发电机广泛采用感应发电机、双馈（绕线转子）感应发电机和同步发电机。对于定桨距风力机，系统采用恒频恒速控制时，应选用感应发电机，为提高风电转换效率，感应发电机常采用双速型。对于变桨距风力机，系统采用变速恒频控制时，应选用双馈（绕线转子）感应发电机或同步发电机。同步发电机中，一般采用永磁同步发电机，为降低控制成本，提高系统的控制性能，也可采用混合励磁（既有电励磁又有永磁）同步发电机。对于直驱式风力发电机组，一般采用低速（多级）永磁同步发电机。
2.1.3控制系统
控制系统由各种传感器、控制器以及各种执行机构等组成。风力发电机组的控制系统一般以PLC为核心，包括硬件系统和软件系统。传感信号表明了风力发电机组目前运行的状态，当与机组的给定状态不相一致时，经过PLC的适当运算和处理后，由控制器发出控制指令，是系统能够在给定的状态下运行，从而完成各种控制功能。主要的控制功能有：变桨距控制、失速控制、发电机转矩控制以及偏航控制等。控制的执行机构可以采用电动执行机构，也可能采用液压执行机构。
目前，风力发电机组主要有恒速恒频控制和变速恒频控制这两种系统控制方式。前者采用“恒速风力机+感应发电机”，常采用定桨距失速调节或者主动失速调节来实现功率控制。后者采用“变速风力机+变速发电机”，在额定风速以下时，控制发电机的转矩，使系统转速跟随风速变化，以保持最佳叶尖速比，以便最大限度地捕获风能；在额定风速以上时，采用变速与变桨距双重控制，以便限制风力机所获取的风能，从而保证发电机恒功率输出。
控制系统还应具有各种保护功能，是风力发电机组发生危险或故障时，能够快速报警并迅速转换为安全状态。中大型风力发电机组一般与电网并联运行，小型风力发电机组可以单机运行也可以并网运行，单击运行时一般采用蓄电池储能。
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ABSTRACT II
第1章 绪 论 1
1.1研究的背景 1
1.2双馈风力发电机灵敏度分析的研究现状与问题 2
1.3本文的研究意义及创新点 2
1.4本文的研究内容及章节安排 3
第2章 基于感应发电机的风电机组介绍 4
2.1风电机组构成 4
2.1.1风力机 4
2.1.2发电机 4
2.1.3控制系统 5
2.1.4传动系统 5
2.1.5偏航系统 6
2.1.6变距系统 6
2.2运行方式 6
2.2.1单机运行方式 7
2.2.2组合运行方式 7
2.2.3并网运行方式 7
2.3风力发电机的分类 7
2.3.1定桨距风电机组与笼型感应发电机 8
2.3.2变速恒频风电机组与同步发电机 9
2.3.3变速恒频风电机组与双馈（绕线转子）感应发电机 11
2.4感应发电机模型 11
2.4.1风能转换模型 11
2.4.2转动系统模型 12
2.4.3 DFIG动态模型 13
2.4.4 控制器模型16
第3章 仿真环境 20
3.1 MATLAB 简介 20
3.2 MATLAB基本功能介绍 21
3.2.1 编程环境 21
3.2.2 数据处理能力 21
3.2.3 图形处理 22
3.2.4 程序接口 23
3.3 Simulink仿真 24
3.3.1运行simulink 24
3.3.2 Simulink 模块库 26
3.3.3 Simulink模块的基本操作 28
第4章 双馈风力发电机灵敏度分析 29
4.1仿真系统介绍 29
4.2轨迹灵敏度概述 29
4.3.基于DFIG相量模型下的灵敏度分析 31
4.3.1改变控制参数的大小 31
4.3.2轨迹灵敏度的图像 31
4.3.3分析灵敏度的大小 36
4.4基于DFIG状态平均模型下的灵敏度分析 37
4.4.1改变控制参数的大小 37
4.4.2轨迹灵敏度的图像 38
4.4.3分析灵敏度的大小 44
第5章 总 结 45
参考文献 44
英文翻译.46
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随着风电场在电力系统中的规模越来越大，多风电场的协调控制问题越来也受到人们的重视。单个双馈风力发电机的控制器参数一般有十几个甚至多达几十个，在以往的研究中，同时控制这些参数带来控制上的“维灾数”以及控制时间延长。所以有必要选出主导控制参数，在协调优化控制参数的时候，可以优先优化主导控制参数，这样既可以减少被优化参数的个数，加快控制的速度，又可以达到很好的控制效果。
本文的主要工作就是在等值模型建立的基础上，对其控制参数进行分析,把一个只拥有6台风机的风电接入系统作为研究对象，研究该风力发电机(DFIG)的参数。运用轨迹灵敏度的方法，对DFIG中的网侧、转子侧的电压和电流控制参数等控制参数进行分析，比较灵敏度大小，以对电机实施优化控制。
关键词：灵敏度；控制参数；风力发电
2.1.1风力机
风力机是风力发电机组的重要部件，风以一定的风速和攻角作用在风力机的桨叶上，风轮受到旋转力矩的作用，同时将风能转化为机械能以驱动发电机旋转。桨距风力机分为定桨距和变桨距风力机两种。风力机的转速很低，一般在十几r/min~几十r/min范围内，需要经过传动装置升速后，才能驱动发电机运行。直驱式低速风力发电机组可以由风力机直接驱动发电机旋转，省去中间的传动机构，显著提高了风电转换效率，同时降低了噪声和维护费用，也提高了风力发电系统运行的可靠性。
2.1.2发电机
发电机的任务是将风力机轴上输出的机械能转换成电能。发电机的选型与风力机类型以及控制系统直接相关。目前，风力发电机广泛采用感应发电机、双馈（绕线转子）感应发电机和同步发电机。对于定桨距风力机，系统采用恒频恒速控制时，应选用感应发电机，为提高风电转换效率，感应发电机常采用双速型。对于变桨距风力机，系统采用变速恒频控制时，应选用双馈（绕线转子）感应发电机或同步发电机。同步发电机中，一般采用永磁同步发电机，为降低控制成本，提高系统的控制性能，也可采用混合励磁（既有电励磁又有永磁）同步发电机。对于直驱式风力发电机组，一般采用低速（多级）永磁同步发电机。
2.1.3控制系统
控制系统由各种传感器、控制器以及各种执行机构等组成。风力发电机组的控制系统一般以PLC为核心，包括硬件系统和软件系统。传感信号表明了风力发电机组目前运行的状态，当与机组的给定状态不相一致时，经过PLC的适当运算和处理后，由控制器发出控制指令，是系统能够在给定的状态下运行，从而完成各种控制功能。主要的控制功能有：变桨距控制、失速控制、发电机转矩控制以及偏航控制等。控制的执行机构可以采用电动执行机构，也可能采用液压执行机构。
目前，风力发电机组主要有恒速恒频控制和变速恒频控制这两种系统控制方式。前者采用“恒速风力机+感应发电机”，常采用定桨距失速调节或者主动失速调节来实现功率控制。后者采用“变速风力机+变速发电机”，在额定风速以下时，控制发电机的转矩，使系统转速跟随风速变化，以保持最佳叶尖速比，以便最大限度地捕获风能；在额定风速以上时，采用变速与变桨距双重控制，以便限制风力机所获取的风能，从而保证发电机恒功率输出。
控制系统还应具有各种保护功能，是风力发电机组发生危险或故障时，能够快速报警并迅速转换为安全状态。中大型风力发电机组一般与电网并联运行，小型风力发电机组可以单机运行也可以并网运行，单击运行时一般采用蓄电池储能。
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ABSTRACT II
第1章 绪 论 1
1.1研究的背景 1
1.2双馈风力发电机灵敏度分析的研究现状与问题 2
1.3本文的研究意义及创新点 2
1.4本文的研究内容及章节安排 3
第2章 基于感应发电机的风电机组介绍 4
2.1风电机组构成 4
2.1.1风力机 4
2.1.2发电机 4
2.1.3控制系统 5
2.1.4传动系统 5
2.1.5偏航系统 6
2.1.6变距系统 6
2.2运行方式 6
2.2.1单机运行方式 7
2.2.2组合运行方式 7
2.2.3并网运行方式 7
2.3风力发电机的分类 7
2.3.1定桨距风电机组与笼型感应发电机 8
2.3.2变速恒频风电机组与同步发电机 9
2.3.3变速恒频风电机组与双馈（绕线转子）感应发电机 11
2.4感应发电机模型 11
2.4.1风能转换模型 11
2.4.2转动系统模型 12
2.4.3 DFIG动态模型 13
2.4.4 控制器模型16
第3章 仿真环境 20
3.1 MATLAB 简介 20
3.2 MATLAB基本功能介绍 21
3.2.1 编程环境 21
3.2.2 数据处理能力 21
3.2.3 图形处理 22
3.2.4 程序接口 23
3.3 Simulink仿真 24
3.3.1运行simulink 24
3.3.2 Simulink 模块库 26
3.3.3 Simulink模块的基本操作 28
第4章 双馈风力发电机灵敏度分析 29
4.1仿真系统介绍 29
4.2轨迹灵敏度概述 29
4.3.基于DFIG相量模型下的灵敏度分析 31
4.3.1改变控制参数的大小 31
4.3.2轨迹灵敏度的图像 31
4.3.3分析灵敏度的大小 36
4.4基于DFIG状态平均模型下的灵敏度分析 37
4.4.1改变控制参数的大小 37
4.4.2轨迹灵敏度的图像 38
4.4.3分析灵敏度的大小 44
第5章 总 结 45
参考文献 44
英文翻译.46
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