dfig控制器参数可区分性对不同函数的适应性分析(附件)【字数：11938】
指导老师 秦 川 摘 要由于环境污染和资源短缺等一些问题，风能变为具有极大商业前景的清洁的可再生能源得到了极大地发展。在此背景下，双馈感应式风力发电机凭借其本身优秀的特性表现，在风能的开发和利用中得到了极其广泛的应用。其本身具有多组PI控制器，调节控制器参数可以改善风电机组在系统暂态过程中的表现。本文以双馈感应式风力发电机组控制器参数之间的可区分性作为研究内容，并在Matlab平台上建立DFIG模型，选择IAE，ITAE及调整时间（setting time)作为目标函数，并且针对不同的目标函数，在一定的参数取值范围内进行仿真运算。本文完成的主要工作如下首先，系统阐述了双馈感应式风力发电机的工作详细原理，详细分析研究了其各部分模型。其次，举例说明参数可区分性的定义，分析研究不同目标函数的定义与计算方法。最后，利用Matlab进行仿真计算，研究控制器参数可区分性分析对不同目标函数的适应性。
Keywords: Wind power generation; DFIG; Distinguishability; Object functi 目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 4
1.1 研究背景与意义 4
1.2风力发电原理及其分类 4
1.2.1风力发电原理 4
1.2.2 风力发电机分类 4
1.2.3现阶段主流风力发电机 5
1.3风力发电机控制系统 7
1.4 本文主要工作 7
第二章 双馈感应式风力发电机及其控制器 8
2.1引言 8
2.2 双馈感应风力发电机工作原理和结构 8
2.2.1 双馈感应式风力发电机工作原理 8
2.2.2 双馈发电机变换器结构 9
2.2.3变换器控制器 10
2.3 双馈感应式风力发电机及其控制器模型 11
2.3.1 双馈发电机模型 11
2.3.2 背靠背变换器的模型 14
2.3.3 转子侧控制器模型 15
2.3.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
网侧控制器模型 17
2.3.5 桨距角控制器模型 18
2.3.6 风机及传动系统模型 18
第三章 控制器参数可区分性及其对不同目标函数的适应性分析 20
3.1 参数可区分性 20
3.2 目标函数 21
3.3本章小结 23
第四章 可区分性验证 24
4.1 具体研究步骤 24
4.2仿真结果及分析 24
4.2.1 单机系统仿真结果 24
4.2.2 双机系统仿真结果及分析 29
结束语 32
致 谢 34
附录I 36
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
随着人类生活的进步，人们对能源的需求也越来越大，然而当前，随着传统化石能源的逐渐枯竭，人类的发展进入了两难的境地。所以新的可再生能源的开发和利用成为推动人类进步的关键。
其中风能作为一种清洁的可再生能源，得到了快速的发展。根据全球风能理事会GWEC的统计数据，截止到2009年，全球的风电机组总装机容量已达到1.58亿kW，增长率达31.9%，总产值为450亿欧元，提供就业岗位约50万，风能已经成为世界能源市场中的重要组成部分[16]。
“十五”期间，中国的风力发电产业得到了极其迅速的发展。2006年，中国风电机组累计装机容量达到260万kW，成为继美国，欧洲和印度之后的又一个风力发电主要市场。之后中国风电保持迅猛增长的势头，到2007年底，全国风电装机容量累计达600万kW，仅2009年全国新安装的风电机组总装机容量达到1380万kW，新增机组装机容量居世界第一，总装机容量达2580万kW，仅次于美国的3506万kW。到2010年，全球每安装三台风力发电机组，就有一台在中国，总装机容量与新增装机容量均居于世界第一位。预计2020年全国风电总装机容量可达203亿kW，年发电量可达4649亿kWh，占全国总发电量的15%左右，相当于200个火电厂，可减少二氧化碳排放约4.1亿吨[7]。
1.2风力发电原理及其分类
1.2.1风力发电原理
风力发电是将风所具有的动能转化成机械能，再通过发电机将机械能转化成电能。其最简单的原理就是利用风力带动风轮旋转作为原动机，通过变速箱后拖动发电机旋转进行发电。
1.2.2 风力发电机分类
（1）根据风电机的运行方式分类
a）离网型风力发电机。此类发电机一般装机容量较小，通常以单机运行为主。发电机输出地电能经稳压整流后直接输送给负荷。由于其容量较小，所以目前主要应用在农村用户和独立的风电或者风光互补的道路照明系统中。
b）并网型风力发电机。此种与常规发电模式形同，发电机发出的电能经过整流稳压后输送到电网中，电能由电网统一调配。风力发电机并网运行是大规模开发利用风力资源方式中最有效和最经济的。因此，现今国内外大型的风力发电场都采用并网运行方式。
（2）根据风力发电机转轴的布置情况分类
a）垂直轴风力发电机，其最早出现在上世纪30年代。与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机的成本只有前者的一半，而且使用寿命也更长，检修方便。由于其垂直转轴的设计，使得其在任何风向下都不需对风，所以不存在“对风损失”问题。但是其缺点在于，单机容量相对较小，并且启动性能较差。
垂直轴风力发电机又可以分为两种类型。阻力型风轮机和升力型风轮机。
b）水平轴风力发电机，其单机容量更大，技术手段更加成熟，有大量的实际经验，所以应用也更加广泛。但是其缺点也相对明显，首先是其体积庞大，通常安装在数十米或者数百米高的塔架上，非常不利于安装维修，其次是在运行过程中，叶片因旋转而受到不断变化的力，非常容易造成叶片材料疲劳，从而损坏，所以水平轴风力发电价对材料的要求十分苛刻，而且造价昂贵。
（3）根据风力发电机的转速频率特性分类
1）恒速恒频风力发电机（Constant Speed Constant Frequency)。这种发电机具有结构简单，便于控制，高可靠性的特点，使其在上世纪80年代得到了广泛应用。但是它也有风能利用率较低的缺点，即在风速大于其设计的额定风速时，因为其转速恒定，则必然偏离最佳转速，导致风能利用率下降，造成风力资源的浪费，发电效率降低。因此逐渐被淘汰。
2）变速恒频风力发电机（Variable Speed Constant Frequency)。随着电力电子器件的发展，通过电子器件变换，人们实现了在不同转速的情况下保持发电机输出频率恒定。在风速变化的时候，通过调节风机转速，从而使得风力资源的利用最大化。这样不仅优化了机组的运行条件 ，并且也使风力发电机的效率大大提高[3]。相比恒速恒频风力发电机，变速恒频风力发电机的运行范围更加宽广，发电机有功和无功的调节也更加灵活。所以当前，变速恒频是大型风力发电机的主流[10]。
Keywords: Wind power generation; DFIG; Distinguishability; Object functi 目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 4
1.1 研究背景与意义 4
1.2风力发电原理及其分类 4
1.2.1风力发电原理 4
1.2.2 风力发电机分类 4
1.2.3现阶段主流风力发电机 5
1.3风力发电机控制系统 7
1.4 本文主要工作 7
第二章 双馈感应式风力发电机及其控制器 8
2.1引言 8
2.2 双馈感应风力发电机工作原理和结构 8
2.2.1 双馈感应式风力发电机工作原理 8
2.2.2 双馈发电机变换器结构 9
2.2.3变换器控制器 10
2.3 双馈感应式风力发电机及其控制器模型 11
2.3.1 双馈发电机模型 11
2.3.2 背靠背变换器的模型 14
2.3.3 转子侧控制器模型 15
2.3.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
网侧控制器模型 17
2.3.5 桨距角控制器模型 18
2.3.6 风机及传动系统模型 18
第三章 控制器参数可区分性及其对不同目标函数的适应性分析 20
3.1 参数可区分性 20
3.2 目标函数 21
3.3本章小结 23
第四章 可区分性验证 24
4.1 具体研究步骤 24
4.2仿真结果及分析 24
4.2.1 单机系统仿真结果 24
4.2.2 双机系统仿真结果及分析 29
结束语 32
致 谢 34
附录I 36
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
随着人类生活的进步，人们对能源的需求也越来越大，然而当前，随着传统化石能源的逐渐枯竭，人类的发展进入了两难的境地。所以新的可再生能源的开发和利用成为推动人类进步的关键。
其中风能作为一种清洁的可再生能源，得到了快速的发展。根据全球风能理事会GWEC的统计数据，截止到2009年，全球的风电机组总装机容量已达到1.58亿kW，增长率达31.9%，总产值为450亿欧元，提供就业岗位约50万，风能已经成为世界能源市场中的重要组成部分[16]。
“十五”期间，中国的风力发电产业得到了极其迅速的发展。2006年，中国风电机组累计装机容量达到260万kW，成为继美国，欧洲和印度之后的又一个风力发电主要市场。之后中国风电保持迅猛增长的势头，到2007年底，全国风电装机容量累计达600万kW，仅2009年全国新安装的风电机组总装机容量达到1380万kW，新增机组装机容量居世界第一，总装机容量达2580万kW，仅次于美国的3506万kW。到2010年，全球每安装三台风力发电机组，就有一台在中国，总装机容量与新增装机容量均居于世界第一位。预计2020年全国风电总装机容量可达203亿kW，年发电量可达4649亿kWh，占全国总发电量的15%左右，相当于200个火电厂，可减少二氧化碳排放约4.1亿吨[7]。
1.2风力发电原理及其分类
1.2.1风力发电原理
风力发电是将风所具有的动能转化成机械能，再通过发电机将机械能转化成电能。其最简单的原理就是利用风力带动风轮旋转作为原动机，通过变速箱后拖动发电机旋转进行发电。
1.2.2 风力发电机分类
（1）根据风电机的运行方式分类
a）离网型风力发电机。此类发电机一般装机容量较小，通常以单机运行为主。发电机输出地电能经稳压整流后直接输送给负荷。由于其容量较小，所以目前主要应用在农村用户和独立的风电或者风光互补的道路照明系统中。
b）并网型风力发电机。此种与常规发电模式形同，发电机发出的电能经过整流稳压后输送到电网中，电能由电网统一调配。风力发电机并网运行是大规模开发利用风力资源方式中最有效和最经济的。因此，现今国内外大型的风力发电场都采用并网运行方式。
（2）根据风力发电机转轴的布置情况分类
a）垂直轴风力发电机，其最早出现在上世纪30年代。与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机的成本只有前者的一半，而且使用寿命也更长，检修方便。由于其垂直转轴的设计，使得其在任何风向下都不需对风，所以不存在“对风损失”问题。但是其缺点在于，单机容量相对较小，并且启动性能较差。
垂直轴风力发电机又可以分为两种类型。阻力型风轮机和升力型风轮机。
b）水平轴风力发电机，其单机容量更大，技术手段更加成熟，有大量的实际经验，所以应用也更加广泛。但是其缺点也相对明显，首先是其体积庞大，通常安装在数十米或者数百米高的塔架上，非常不利于安装维修，其次是在运行过程中，叶片因旋转而受到不断变化的力，非常容易造成叶片材料疲劳，从而损坏，所以水平轴风力发电价对材料的要求十分苛刻，而且造价昂贵。
（3）根据风力发电机的转速频率特性分类
1）恒速恒频风力发电机（Constant Speed Constant Frequency)。这种发电机具有结构简单，便于控制，高可靠性的特点，使其在上世纪80年代得到了广泛应用。但是它也有风能利用率较低的缺点，即在风速大于其设计的额定风速时，因为其转速恒定，则必然偏离最佳转速，导致风能利用率下降，造成风力资源的浪费，发电效率降低。因此逐渐被淘汰。
2）变速恒频风力发电机（Variable Speed Constant Frequency)。随着电力电子器件的发展，通过电子器件变换，人们实现了在不同转速的情况下保持发电机输出频率恒定。在风速变化的时候，通过调节风机转速，从而使得风力资源的利用最大化。这样不仅优化了机组的运行条件 ，并且也使风力发电机的效率大大提高[3]。相比恒速恒频风力发电机，变速恒频风力发电机的运行范围更加宽广，发电机有功和无功的调节也更加灵活。所以当前，变速恒频是大型风力发电机的主流[10]。
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