【正文】 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模擬仿真結(jié)果分析發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器是一個(gè)六階的動(dòng)態(tài)模型，發(fā)電機(jī)制轉(zhuǎn)速輸入值是根據(jù)發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩在模塊中進(jìn)行計(jì)算而得到的，其輸出總是保持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在恒定轉(zhuǎn)速。高壓母線電壓穩(wěn)定在121KV左右。在3s和4s分別受到陣行風(fēng)和漸變風(fēng)的影響，轉(zhuǎn)速曲線有很小的變化，然后又達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。異步發(fā)電機(jī)有功功率仿真結(jié)果分析在1s時(shí)異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，由于采用的是直接并網(wǎng)，在并網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)了很大的沖擊電流，導(dǎo)致有功功率1s時(shí)發(fā)生突變，然后有功功率下降并逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。(3)仿真結(jié)果分析在前面我們已經(jīng)討論過，風(fēng)是近似的服從威布爾分布，也就是說，近似的服從正態(tài)分布。它是由一個(gè)時(shí)間信號(hào)模型與一個(gè)單信號(hào)比較儀來控制。 風(fēng)輪機(jī)模型的建立風(fēng)輪機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)，也是主要區(qū)別于其他類型發(fā)電廠的關(guān)鍵地方，它是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置，通過吸收風(fēng)能，然后轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，最后把機(jī)械能傳輸給發(fā)電機(jī)，如圖310所示。 風(fēng)速 風(fēng)速 表示在該時(shí)間區(qū)段內(nèi)風(fēng)速線性變化表達(dá)式　　　　　 （33）所以當(dāng)時(shí) = 0 當(dāng)時(shí) = vmax 風(fēng)速 風(fēng)速圖33漸變風(fēng)隨時(shí)間變化曲線圖（4）隨機(jī)噪聲風(fēng)用以描述在指定的高度的風(fēng)速變化的隨機(jī)風(fēng)的特性，由許多諧波分量構(gòu)成，其表達(dá)式為　　　　　?。?4）式中 ——隨機(jī)分布的離散間距；——第I個(gè)分量的角頻率，；——第I個(gè)分量的初相角為0~2Pi之間分布的隨機(jī)量；——第I個(gè)分量的振幅。圖224 RATE LIMITER微分限制參數(shù)圖225 微分器環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的參數(shù)圖226 槳距角的角度限制參數(shù)以上是對(duì)完整的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)模型的建立過程,通過以上模型可以對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)速控制和功率控制,使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行在安全穩(wěn)定的狀態(tài)。功率反饋信號(hào)與額定功率進(jìn)行比較，功率超過額定功率時(shí)，槳葉節(jié)距向迎風(fēng)面積減少的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，反之則向迎風(fēng)面積增大的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。（3）乘法模塊輸入?yún)?shù)：乘法模塊功能是把兩個(gè)輸入相乘后在輸出。發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為 (23)式中 —電機(jī)極對(duì)數(shù)；—電機(jī)定子相數(shù)；—定子角頻率,即電網(wǎng)角頻率；—定子額定相電壓；—轉(zhuǎn)差率；—定子繞組的電阻；定子繞組的漏抗；—折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻；折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏抗。外環(huán)通過測(cè)量轉(zhuǎn)速產(chǎn)生功率參考曲線。額定的速度給定值是1569r/min,相應(yīng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率是4%。 當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從待機(jī)狀態(tài)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，變槳距系統(tǒng)先將槳葉節(jié)距角快速地轉(zhuǎn)到45176。變距控制器是一個(gè)非線性比例控制器，它可以補(bǔ)償比例閥的死帶和極限。由于變槳距系統(tǒng)的響應(yīng)速度受到限制,對(duì)快速變化的風(fēng)速,通過改變節(jié)距來控制輸出功率的效果并不理想。方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到氣流對(duì)槳葉產(chǎn)生一定的攻角，風(fēng)輪起動(dòng)。值得指出的是發(fā)電狀態(tài)與電動(dòng)狀態(tài)的區(qū)別在于轉(zhuǎn)差和功率流向的不同，因而造成兩者在功率(能量)平衡上存在差別(特別是轉(zhuǎn)子能量)。工業(yè)控制領(lǐng)域交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)在很多設(shè)備中已有成熟應(yīng)用。對(duì)于功率調(diào)節(jié)速度的反映取決于風(fēng)機(jī)槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靈敏度。在定槳距風(fēng)輪機(jī)的基礎(chǔ)上加裝槳距調(diào)整環(huán)節(jié)，稱為變槳距風(fēng)輪機(jī)組。通常系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩個(gè)不同功率、不同極對(duì)數(shù)的異步發(fā)電機(jī)，以滿足不同風(fēng)速的要求。但在實(shí)際應(yīng)用中，它卻受到了如下的限制：（1）功率限制：由于構(gòu)成電路的所有電氣元件都受到了功率限制；(2)轉(zhuǎn)速限制：由于系統(tǒng)中的齒輪箱、電機(jī)都存在轉(zhuǎn)速的上限。根據(jù)風(fēng)機(jī)葉片的空氣動(dòng)力特性，風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率是尖速比λ和槳矩β的函數(shù)，即。變距系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓系統(tǒng)，節(jié)距控制器的輸出信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變成電壓信號(hào)，控制比例閥（或電液伺服閥）驅(qū)動(dòng)油缸活塞推動(dòng)變距機(jī)構(gòu)，使葉片節(jié)距角變化。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，葉片向0度方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到氣流對(duì)葉片產(chǎn)生一定的功角，風(fēng)輪開始起運(yùn)。所有這些完成后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開始自動(dòng)運(yùn)行于風(fēng)輪的葉尖本來是90176。在電網(wǎng)中斷、缺相和過電壓的情況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)停止運(yùn)行此時(shí)控制系統(tǒng)不能供電。15176。當(dāng)風(fēng)速在4～7m/s之間切入小發(fā)電機(jī)組（小于300kW）并網(wǎng)運(yùn)行當(dāng)風(fēng)速在7～30m/s之間切入大發(fā)電機(jī)組（大于500kW）并網(wǎng)運(yùn)行。防雷設(shè)施及熔絲：控制系統(tǒng)有專門設(shè)計(jì)的防雷保護(hù)裝置。大風(fēng)脫網(wǎng)控制：10分平均風(fēng)速大于25m/s時(shí)→超速、過載→脫網(wǎng)停機(jī)→氣動(dòng)剎車→偏航控制（90度）→功率下降后脫網(wǎng)→剎機(jī)械閘→安全停機(jī)→風(fēng)速回到工作風(fēng)速區(qū)后→恢復(fù)自動(dòng)對(duì)風(fēng)→轉(zhuǎn)速上升后→自動(dòng)并網(wǎng)運(yùn)動(dòng)?？刂乒δ芎涂刂茀?shù)節(jié)距限制、功率限制、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電氣負(fù)荷的連接、起動(dòng)和停機(jī)過程、電網(wǎng)或負(fù)荷丟失時(shí)的停機(jī)、扭纜的限制、機(jī)艙對(duì)風(fēng)、運(yùn)行時(shí)電量和溫度的限制。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的全效率風(fēng)力發(fā)電機(jī)的全效率為風(fēng)輪葉片接受風(fēng)能的效率、增速器的效率、發(fā)電機(jī)的效率、傳動(dòng)系統(tǒng)效率等的積 (125)第二章 風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)模型的建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)工作的安全可靠性已成為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能否發(fā)揮作用，甚至成為風(fēng)電場(chǎng)長期安全可靠運(yùn)行的重大問題。額定功率因數(shù)發(fā)電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)其有功功率與視在功率的比值用以下公式來表示 (123)P為有功功率 KW，S為視在功率KVA，cos與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。發(fā)電機(jī)額定功率發(fā)電機(jī)的額定功率是發(fā)電機(jī)在額定功率因數(shù)下連續(xù)運(yùn)行而輸出的功率它是由用戶提出或由不同的使用目的而確定的。異步機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理通過定子的三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并與轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。這一缺點(diǎn)可以通過在發(fā)電機(jī)端并聯(lián)電容器來改善。％。貝茨理論的建立依據(jù)的假設(shè)條件是假定風(fēng)輪是理想的，能全部接受風(fēng)能并且沒有輪轂，葉片是無限多，對(duì)氣流沒有任何阻力。自我故障診斷及微機(jī)終端故障輸出需維修的故障，由維修人員維修后給微機(jī)以指令，微機(jī)再執(zhí)行自動(dòng)控制程序。 （8）調(diào)速裝置風(fēng)速是變化的，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速也會(huì)隨風(fēng)速的變化而變化。大型風(fēng)電機(jī)（100150千瓦）通常產(chǎn)生690伏特的三相交流電。主軸也稱低速軸，將轉(zhuǎn)子軸心與齒輪箱連接在一起，由于承受的扭矩較大，其轉(zhuǎn)速一般小于50r/min，一般由40Cr或其他高強(qiáng)度合金鋼制成。 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是由葉片、輪轂、主軸、增速齒輪箱、調(diào)向機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、塔架、控制系統(tǒng)及附屬部件（機(jī)艙機(jī)座回轉(zhuǎn)體制動(dòng)器等）組成的。風(fēng)輪機(jī)的類型很多通常將其分為水平軸風(fēng)輪機(jī)垂直軸風(fēng)輪機(jī)和特殊風(fēng)輪機(jī)三大類。一般以草地上空10m高處的10min內(nèi)風(fēng)速的平均值為參考。大氣的流動(dòng)也像水流一樣，是從壓力高處往壓力低處流，太陽能正是形成大氣壓差的原因。我國由于中大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全部從國外引進(jìn)，造價(jià)和電價(jià)相對(duì)比火力發(fā)電高，但隨著大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化，在不久的將來風(fēng)力發(fā)電的造價(jià)和電價(jià)都將低于火力發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約3m/s的微風(fēng)速度便可以開始發(fā)電。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 本文在編寫過程中，受到栗文義老師的大力支持和精心指導(dǎo)，在此表示衷心的感謝。前人在風(fēng)輪機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)原理和能量轉(zhuǎn)換原理的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)分析了定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求和控制策略，并對(duì)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳距控制技術(shù)進(jìn)行了一定的研究?？梢哉f，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究和進(jìn)行這方面的畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我們從事風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的同學(xué)是有著十分重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義的，也是十分有必要的。通過控制系統(tǒng)保持了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定機(jī)組輸出功率和優(yōu)化功率曲線的控制功能。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。（3）裝機(jī)規(guī)模靈活可根據(jù)資金情況決定一次裝機(jī)規(guī)模，有一臺(tái)資金就可以安裝一臺(tái)投產(chǎn)一臺(tái)。另外風(fēng)況是不穩(wěn)定的，有時(shí)無風(fēng)有時(shí)又有破壞性的大風(fēng)，這都是風(fēng)力發(fā)電必須解決的實(shí)際問題。風(fēng)向是指風(fēng)吹來的方向，如果風(fēng)是從東方吹來就稱為東風(fēng)。由于風(fēng)速是一個(gè)隨機(jī)性很大的量，必須通過一段時(shí)間的觀測(cè)來了解它的平均狀況，一個(gè)地方風(fēng)能潛力的多少要視該地常年平均風(fēng)能密度的大小。它的主要機(jī)械部件都在機(jī)艙中，如主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、液壓系統(tǒng)及調(diào)向裝置等。葉片可分為變漿距和定漿距兩種葉片，其作用都是為了調(diào)速，當(dāng)風(fēng)力達(dá)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的額定風(fēng)速時(shí)，在風(fēng)輪上就要采取措施，以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率不會(huì)超過允許值。（5）制動(dòng)器制動(dòng)器是使風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，也稱剎車。③ 同步或異步交流發(fā)電機(jī)，它的電樞磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)不同步旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速比同步轉(zhuǎn)速略低，當(dāng)并網(wǎng)時(shí)轉(zhuǎn)速應(yīng)提高。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過風(fēng)向標(biāo)來感覺風(fēng)向。風(fēng)力發(fā)電機(jī)還會(huì)配備有拉動(dòng)開關(guān)在電纜扭曲太厲害時(shí)被激發(fā)，斷開裝置或剎車停機(jī)，然后解纜。如果以表示空氣密度，該體積的空氣質(zhì)量，此時(shí)氣體所具有的動(dòng)能為 (15)的單位是kg/m3；V的單位是m3；的單位是m/s；T的單位是W。 (120) (121) 異步發(fā)電機(jī)基本原理（1）異步發(fā)電機(jī)基本原理發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中最關(guān)鍵的零部件，是將風(fēng)能最終轉(zhuǎn)變成電能的設(shè)備。但由于異步發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單價(jià)格便宜堅(jiān)固耐用維修方便啟動(dòng)容易并網(wǎng)簡單等特點(diǎn)在大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用。（2）異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的參數(shù)風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速是風(fēng)輪在額定風(fēng)速時(shí)的轉(zhuǎn)速。交流發(fā)電機(jī)分同步和異步交流發(fā)電機(jī)、異步交流發(fā)電機(jī)也稱感應(yīng)交流發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流發(fā)電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流。我們的目的是希望通過控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采取必要的手段使我們的系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不出故障或少出故障，并且在出故障之后能夠以最快的速度修復(fù)系統(tǒng),使之恢復(fù)正常工作。普通故障脫網(wǎng)停機(jī):參數(shù)越限、狀態(tài)異?！胀ㄍC(jī)→剎車→軟脫網(wǎng)→剎機(jī)械閘→計(jì)算機(jī)自行恢復(fù)。軟切入控制：軟切入、軟脫網(wǎng)→限制導(dǎo)通角→→控制發(fā)電機(jī)端電壓。（2）控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)監(jiān)控顯示及故障處理完成機(jī)組的最佳運(yùn)行狀態(tài)管理和控制。當(dāng)風(fēng)速小于停機(jī)風(fēng)速時(shí)為了避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長期逆功率運(yùn)行造成電網(wǎng)損耗應(yīng)自動(dòng)脫網(wǎng)使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于自由轉(zhuǎn)動(dòng)的待風(fēng)狀態(tài)。后機(jī)艙保持與風(fēng)向偏90176。 控制系統(tǒng)主要參數(shù)（1）主要技術(shù)參數(shù)主發(fā)電機(jī)輸出功率（額定） 發(fā)電機(jī)最大輸出功率 工作風(fēng)速范圍 額定風(fēng)速 切入風(fēng)速（1min平均值） 切出風(fēng)速（1min平均值） 風(fēng)輪轉(zhuǎn)速 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)轉(zhuǎn)速 發(fā)電機(jī)輸出電壓 發(fā)電機(jī)發(fā)電頻率 并網(wǎng)最大沖擊電流（有效值） 電容補(bǔ)償后功率因數(shù) （2）控制指標(biāo)及效果方式 專用微控制器過載開關(guān) 自動(dòng)對(duì)風(fēng)偏差范圍 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)起、停機(jī)時(shí)間 系統(tǒng)測(cè)量精度 自動(dòng)解纜時(shí)間 55min 手動(dòng)操作響應(yīng)時(shí)間 (3)保護(hù)功能超電壓保護(hù)范圍 連續(xù)欠電流保護(hù)范圍 連續(xù)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速極限 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速極限 發(fā)電機(jī)過功率保護(hù)值 連續(xù)發(fā)電機(jī)過電流保護(hù)值 連續(xù)大風(fēng)保護(hù)風(fēng)速 連續(xù) 系統(tǒng)接地電阻 防雷感應(yīng)電壓 控制系統(tǒng)工作原理[6]主開關(guān)合上后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制器準(zhǔn)備自動(dòng)運(yùn)作。由于異步發(fā)電機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速是嚴(yán)格對(duì)應(yīng)的，功率控制最終也是通過速度控制來實(shí)現(xiàn)的。為了優(yōu)化功率曲線，在進(jìn)行功率控制的同時(shí)通過轉(zhuǎn)子電流控制器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)差進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。 風(fēng)輪機(jī)的氣動(dòng)特性[8]風(fēng)輪機(jī)通過葉片捕獲風(fēng)能，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為作用在輪轂上的機(jī)械轉(zhuǎn)矩。 由(22)式可知，風(fēng)機(jī)整體設(shè)計(jì)和相應(yīng)的運(yùn)行控制策略應(yīng)在追求最大的情況下進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，便可增加其輸出功率。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，為了保持發(fā)電機(jī)輸出功率恒定，必須通過葉片失速效應(yīng)特性來降低值，以維持輸出功率的恒定。風(fēng)機(jī)采用異步發(fā)電技術(shù)，存在功率流向的不確定性，發(fā)電機(jī)可能低于同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行，也可能工作在同步轉(zhuǎn)速之上。速度控制和直接槳距控制常用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的起動(dòng)、停止和緊急事故處理。即仍然發(fā)揮葉片的失速效應(yīng)，在失速點(diǎn)之前進(jìn)行槳距調(diào)整，即便槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來不及動(dòng)作通過葉片的失速效應(yīng)發(fā)揮作用也不會(huì)造成風(fēng)機(jī)的瞬時(shí)過載。轉(zhuǎn)子機(jī)械旋轉(zhuǎn)的速度為，使得定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率。 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)模型框圖[2] 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組根據(jù)變距系統(tǒng)所起的作用可分為三種運(yùn)行狀態(tài)，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制）、欠功率控制（不控制）和額定功率狀態(tài)（功率控制）。（3） 額定功率狀態(tài)當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過額