MATLAB风力机模拟器的结构-控制一体化设计(2)
3.1 软件MATLAB/Simulink简介 14
3.2 大转动惯量的模拟 15
3.3 滤波时间常数与转动惯量之间的关系 17
3.4 本章小结 21
4 模拟器的结构-控制一体化设计 22
4.1 滤波常数与转动惯量之间的协调关系 22
4.2 实现结构-控制一体化的设计思路 22
4.3 本章小结 24
结论 26
致谢 27
参考文献 28
1 绪论
现代工业迅速发展的同时，能源日趋匮乏。包括石油、煤、天然气和其他很多非可再生能源被大量消耗，其储量正不断减少，按此发展，相信在可预见的不长时间内，这些常规能源将不复存在。面临着“贫血”威胁的其中一国就是我们中国，我国本是原油出口的国家，从1996年开始成为了原油进口国，2010年我国进口石油消耗占总能源消耗的比例已经达到40%以上，解决我国乃至全球能源危机的方式除了节省利用能源外，更重要的调整能源结构，扩大使用新能源的比重。在此背景下，新能源技术开始得到广泛认可，太阳能、地热能、海洋能、风能等能源都成为了学者关注的热点，而这些新能源的开发利用，也可以大大减轻环境污染问题，实现可持续化发展。风能作为一种清洁的能源，以其可再生的特点得到快速发展，据统计，全球可用风力资源几乎是水力资源的10倍，风力发电成为风能利用的主要形式。我国开始涉足于风力发电这一领域是在上世纪50年代后期，但当时并没有大面积发展开来，只是有所利用。商业化的真正的加入是80年代中期开始，当时风电机水平为55kW。经过近30年的时间，我国风力发电技术已经得到长足发展，风力机装机量不断提高， 2012年我国累计装机总容量达到500GW，世界风电装机总量更是达到2830GW，其中排名前五的国家是中国、美国、德国、西班牙和印度。
1.1 风力发电简介
风能是由于地球表面大量空气流动所产生的动能，它具备环保、可再生、资源丰富等特点，逐渐成为世界各国新能源研究的焦点。全球可开发利用的风能为2×10^7MW，它取之不尽，用之不竭。对于资源紧缺和交通不便的区域，如：沿海岛屿、高原山区等地带就比较适合利用风力发电。
所谓风力发电，就是利用风蕴藏的能量带动风轮叶片旋转，把空气流动的动能变成机械动能，再由增速机制升高风轮叶片旋转的速度大小，来驱动发电机运行，把机械能转化为电能。风力发电所需利用的设备，就是风力发电机组。整个系统的构成，主要包括风轮机、发电机和铁塔三部分，一些小型机组可能还需要尾舵。由于风力的大小和方向经常变化，不可控制，就会引起转速不稳定，甚至获取不到相对较高的转速；所以，为了带动发电机运行，在这之前需要组装一个齿轮箱，用来将转速提高至发电机的额定转速。保持稳定的速度还需要附加一个调速机构，连接到发电机，再通过电力电子变换器变流得到质量合格的电能，传送至电网或就地进行离网的负荷分配，完成发电。现在凭借已有的风力技术可以实现发电的最小风速是每秒三米左右。
风能成为发展最快的新型能源，除了因其自身的特点外，也依靠日趋成熟的风力发电技术，但风能存在能量密度小、可控性差等问题，风力发电也面临着挑战，主要体现在风机单机容量小，规模受限以及出力不稳定，另外，地区差异大也阻碍了风电的发展。
