双馈风力发电机组的优化控制(附件)【字数：9783】
摘 要风能为绿色能源，可再生能源之一，风力发电在解决环境和能源问题上具有积极意义，风力发电正在全世界快速的发展中，同时，我国在风力发电技术上的研究和投入也达到一个快速发展的时期。为了提高风能的利用率，世界各地都在开展风力发电机的研究工作，各种有效的控制算法、方法被提出。控制器的性能直接关系到系统的稳定运行，因此控制器参数的优化整定显得尤为重要。然而DFIG风力发电系统中许多控制器的参数众多，单个DFIG风电机组的控制系统由多个控制器组成，所有控制器的参数总共多达十几个。如果对多个控制器参数同时进行优化，必然会降低优化效率，甚至会造成“维数灾”，使得算法不收敛，找不到最优解。因此必须对控制器的优化整定进行降阶处理，找到影响控制器性能的主导参数进行优化。本文介绍了基于轨迹灵敏度的分析方法，提出通过分析参数灵敏度的大小得到影响控制器性能的主导参数，并对双馈异步风力发电机组(Doubly fed induction generator, DFIG)控制器进行优化控制，并与对全部参数进行优化进行了对比。
目 录
第1章 绪论 1
1.1课题研究的背景与意义 1
1.2 课题的研究现状 2
1.3本文的主要工作 6
第2章 风力发电系统装置模型 7
2.1 引言 7
2.2 风力发电装置模型 7
2.2.1 风机模型 7
2.2.2 风力发电机组的模型 8
2.3 本章小结 16
第3章 风力发电系统模型的灵敏度分析 17
3.1 引言 17
3.2 轨迹灵敏度计算 17
3.3 风机模型的灵敏度计算 18
3.3.1 课题所研究算例系统 18
3.3.2 对风机进行灵敏度分析的程序解析 19
3.4 本章小结 20
第4章 风力发电系统的动态优化控制 22
4.1 引言 22
4.2 粒子群优化算法（PSO） 22
4.3 基于粒子群优化算法的发电单元控制器参数优化整定 22
4.4 本章小结 26
第5章 总结与展望 27
5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
.1 总结 27
5.2 展望 27
参考文献 28
致 谢 31
第1章 绪论
1.1课题研究的背景与意义
现如今从能源的分布来看，不可再生能源中水能、核能、煤炭等等的枯竭，水力发电量有限，核能发电有一些不安全因素，火力发电里面的原材料慢慢的被开采枯竭，寻求新形势的发电方法将是现在电力行业面前的首要难题。随着进入21世纪以来，人口的增加，人们需求量的增加，资源与环境都受到重大的压力，中国能源的发展面临的问题，概括起来有4个重要组成部分：
环境污染。我国现如今由于能源的利用，对环境的污染造成很大的影响，例如：汽车所需要的是石油，然而排放出来的却是一些污染气体、火力发电厂需要的最多的是煤炭，而煤炭燃烧的产物多数都是污染气体，破坏大气层等等。
资源比较稀缺，总量不断减少，优质的好的资源更少。具目前来看，全世界都面临的不可再生资源的短缺问题，而对中国一个人口众多的国家来说，这个问题显得格外突兀。
我们对能源利用技术的落后，能源效率利用率低下。效率低下。
能源的结构不合理。
因此，我们需要合理利用大自然中的可再生能源，对于人类来讲，每一次能源的开发和利用，都会使人类社会经济发展产生一次巨大的飞跃。所谓可再生能源，那就是取之不尽用之不竭，在大自然中可以无限生产的能源，它包括太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能等等。在这些可再生能源中，目前来说商业化最广泛的，最经济实用的就是风能了。
风能，作为一种新的、安全可靠的洁净能源，其优越性不难被人们发现，首先其洁净自然不说，现如今的风力发电技术不断进步，单机容量逐步增大，风能的可用率高达59%，是一种安全可靠的清洁能源。风能发电是目前可再生能源中，起步算是很早，发展相对成熟，产业化好，是成为继火、水之后的第三大发电源。连年来，我国的风力发电技术成长相当迅猛，操控风能发电在我国的新能源发电领域占有很重要的位置。
/
图11近年来中国风电发展情况
由图11可以看出来，中国风电产业的发展势头非常的强劲，近来的累计和新增的装机容量都快速的增加中。
风力发电机一般都是建在海上或者就是风成本比较大的陆地上，也等于说，风力发电机一般都是露置于大气环境之中的，而自然环境例如：雨雪、风速、气温、气压等等，随机性都非常大，具有不稳定性，往往就会导致风力发电机的受力情况不一致，情况比较复杂。因此看来，计算不同情况下的风力机每一个部件的载荷特性，从而准确分析里面每一个参数对输出的影响，并应用自动控制使其优化，就可以优化产品的性能，从而可以提高风力电机的安全性、可靠性。
1.2 课题的研究现状
目前风力发电的研究最主要集中在下面几个方面。
1.风力发电机组研究
目前采用的发电形式主要有基于定速异步发电机（FSIG）、双馈异步发电机（DFIG）、直驱式永磁发电机（DDPMG）三种类型。
DFIG机组的结构如图11所示，这是通过“背靠背”电力电子变流器（额定功率为发电机组额定功率的1/3～1/4）对转子侧进行交流励磁，即使其转速处于很大范围变化，机组也总归与电网保持同步。额定风速下，DFIG机组调节发电机转矩使转速从而跟随风速变化实现风能的最大功率跟踪 。通过对转子励磁电流的有功、无功分量的单独调节可以实现机组输出功率的矢量解耦控制，以达到调整功率因数或补偿电网无功的目的。DFIG机组技术成熟，是目前的主流机型。
图11 DFIG机组的结构图
总体而言，风电主力机型越来越趋向于大型化，其单机容量已经达到3MW及以上。FSIG机组已经逐步被淘汰，DFIG机组目前占主流，而DDPMG机组发展迅速。
2.风电场的并网运行及控制
因为风电的随机性和间歇性会引起电网子系统之间功率交换的快速改变，对电网的整体平稳运行产生重要的影响。在风电场的并网运行方面，研究工作开展较多、成果也多。总体而言，大规模风电的集中接入给电网带来的安全稳定和运行调控问题可以概括为以下几个方面:
①稳定性问题。大量的无功在异步风力机组运行过程中被吸收，导致风电接入电网的连接点（PCC）有点电压波动，引起电网电压稳定性问题。风电的随机性和间歇性导致的有功波动会引起风电并网的频率稳定性问题。
②低电压穿越问题。若PCC的电压跌落时风电机组主动解裂，电网将没有支撑，导致一系列反应，影响电网的运行。
③电能质量问题。风速的变化跟风电机组本身就有塔影效应、风剪切都会导致PCC的电压波动，而且风电机组中的电子换流器会造成一定的谐波污染，导致很多电能质量问题。
④电网调度和经济性问题。由于风能具有随机性、间歇性和波动性的特点，大规模风电集中并网削弱了电力系统中发电功率的可控性，从而威胁到电力系统的运行安全。
目 录
第1章 绪论 1
1.1课题研究的背景与意义 1
1.2 课题的研究现状 2
1.3本文的主要工作 6
第2章 风力发电系统装置模型 7
2.1 引言 7
2.2 风力发电装置模型 7
2.2.1 风机模型 7
2.2.2 风力发电机组的模型 8
2.3 本章小结 16
第3章 风力发电系统模型的灵敏度分析 17
3.1 引言 17
3.2 轨迹灵敏度计算 17
3.3 风机模型的灵敏度计算 18
3.3.1 课题所研究算例系统 18
3.3.2 对风机进行灵敏度分析的程序解析 19
3.4 本章小结 20
第4章 风力发电系统的动态优化控制 22
4.1 引言 22
4.2 粒子群优化算法（PSO） 22
4.3 基于粒子群优化算法的发电单元控制器参数优化整定 22
4.4 本章小结 26
第5章 总结与展望 27
5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
.1 总结 27
5.2 展望 27
参考文献 28
致 谢 31
第1章 绪论
1.1课题研究的背景与意义
现如今从能源的分布来看，不可再生能源中水能、核能、煤炭等等的枯竭，水力发电量有限，核能发电有一些不安全因素，火力发电里面的原材料慢慢的被开采枯竭，寻求新形势的发电方法将是现在电力行业面前的首要难题。随着进入21世纪以来，人口的增加，人们需求量的增加，资源与环境都受到重大的压力，中国能源的发展面临的问题，概括起来有4个重要组成部分：
环境污染。我国现如今由于能源的利用，对环境的污染造成很大的影响，例如：汽车所需要的是石油，然而排放出来的却是一些污染气体、火力发电厂需要的最多的是煤炭，而煤炭燃烧的产物多数都是污染气体，破坏大气层等等。
资源比较稀缺，总量不断减少，优质的好的资源更少。具目前来看，全世界都面临的不可再生资源的短缺问题，而对中国一个人口众多的国家来说，这个问题显得格外突兀。
我们对能源利用技术的落后，能源效率利用率低下。效率低下。
能源的结构不合理。
因此，我们需要合理利用大自然中的可再生能源，对于人类来讲，每一次能源的开发和利用，都会使人类社会经济发展产生一次巨大的飞跃。所谓可再生能源，那就是取之不尽用之不竭，在大自然中可以无限生产的能源，它包括太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能等等。在这些可再生能源中，目前来说商业化最广泛的，最经济实用的就是风能了。
风能，作为一种新的、安全可靠的洁净能源，其优越性不难被人们发现，首先其洁净自然不说，现如今的风力发电技术不断进步，单机容量逐步增大，风能的可用率高达59%，是一种安全可靠的清洁能源。风能发电是目前可再生能源中，起步算是很早，发展相对成熟，产业化好，是成为继火、水之后的第三大发电源。连年来，我国的风力发电技术成长相当迅猛，操控风能发电在我国的新能源发电领域占有很重要的位置。
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图11近年来中国风电发展情况
由图11可以看出来，中国风电产业的发展势头非常的强劲，近来的累计和新增的装机容量都快速的增加中。
风力发电机一般都是建在海上或者就是风成本比较大的陆地上，也等于说，风力发电机一般都是露置于大气环境之中的，而自然环境例如：雨雪、风速、气温、气压等等，随机性都非常大，具有不稳定性，往往就会导致风力发电机的受力情况不一致，情况比较复杂。因此看来，计算不同情况下的风力机每一个部件的载荷特性，从而准确分析里面每一个参数对输出的影响，并应用自动控制使其优化，就可以优化产品的性能，从而可以提高风力电机的安全性、可靠性。
1.2 课题的研究现状
目前风力发电的研究最主要集中在下面几个方面。
1.风力发电机组研究
目前采用的发电形式主要有基于定速异步发电机（FSIG）、双馈异步发电机（DFIG）、直驱式永磁发电机（DDPMG）三种类型。
DFIG机组的结构如图11所示，这是通过“背靠背”电力电子变流器（额定功率为发电机组额定功率的1/3～1/4）对转子侧进行交流励磁，即使其转速处于很大范围变化，机组也总归与电网保持同步。额定风速下，DFIG机组调节发电机转矩使转速从而跟随风速变化实现风能的最大功率跟踪 。通过对转子励磁电流的有功、无功分量的单独调节可以实现机组输出功率的矢量解耦控制，以达到调整功率因数或补偿电网无功的目的。DFIG机组技术成熟，是目前的主流机型。
图11 DFIG机组的结构图
总体而言，风电主力机型越来越趋向于大型化，其单机容量已经达到3MW及以上。FSIG机组已经逐步被淘汰，DFIG机组目前占主流，而DDPMG机组发展迅速。
2.风电场的并网运行及控制
因为风电的随机性和间歇性会引起电网子系统之间功率交换的快速改变，对电网的整体平稳运行产生重要的影响。在风电场的并网运行方面，研究工作开展较多、成果也多。总体而言，大规模风电的集中接入给电网带来的安全稳定和运行调控问题可以概括为以下几个方面:
①稳定性问题。大量的无功在异步风力机组运行过程中被吸收，导致风电接入电网的连接点（PCC）有点电压波动，引起电网电压稳定性问题。风电的随机性和间歇性导致的有功波动会引起风电并网的频率稳定性问题。
②低电压穿越问题。若PCC的电压跌落时风电机组主动解裂，电网将没有支撑，导致一系列反应，影响电网的运行。
③电能质量问题。风速的变化跟风电机组本身就有塔影效应、风剪切都会导致PCC的电压波动，而且风电机组中的电子换流器会造成一定的谐波污染，导致很多电能质量问题。
④电网调度和经济性问题。由于风能具有随机性、间歇性和波动性的特点，大规模风电集中并网削弱了电力系统中发电功率的可控性，从而威胁到电力系统的运行安全。
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