【正文】 定風速后，風力發(fā)電機組進入額定功率狀態(tài)。節(jié)距的給定參考值由控制器根據(jù)風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)給出。當發(fā)電機轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速177。 （4）速度控制器B 發(fā)電機切入電網(wǎng)后，速度控制系統(tǒng)B作用。 功率控制為了有效地控制高速變化的風速引起的功率波動，新型的變槳距風力發(fā)電機組采用了RCC（Rotor Current Control）技術，即發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流控制技術。在額定功率時，發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率能夠從1%到10%（1515到1650）變化，相應的轉(zhuǎn)子平均電阻從0到100%變化。圖214 系統(tǒng)控制選擇器模型 風輪機轉(zhuǎn)速控制模型的建立根據(jù)系統(tǒng)控制選擇器來實現(xiàn)在ω和1之間的選擇，利用乘法器乘以轉(zhuǎn)速的基準值314rad/s得到風輪機轉(zhuǎn)速的值，對風輪機進行控制。當風速達到起動風速時槳葉向0176。圖222 濾波器模型及參數(shù)（5）槳距角調(diào)整限制環(huán)節(jié)模型圖223 槳距角調(diào)整限制環(huán)節(jié)模型由槳距角輸出反饋值和經(jīng)濾波器濾波后的輸入值進行比較后，輸入微分限制和微分器環(huán)節(jié)進行整合后輸出。 風速 風速 表示在該時間段內(nèi)風速變化具有余弦特性，其表達式為 （32）式中 ——陣行風最大的風速（m/s）；——時間（s）；——出現(xiàn)陣性風的時間（起動時間s）；——陣性風的持續(xù)時間。如圖37所示。由于異步發(fā)電機具有結(jié)構簡單、價格便宜、堅固耐用、維修方便、啟動容易、并網(wǎng)簡單等特點，在大中型風力發(fā)電機組中得到廣泛應用。因為在高于額定風速時是追求穩(wěn)定的功率輸出，采用變槳距調(diào)節(jié)可以限制轉(zhuǎn)速變化。（3）仿真結(jié)果分析如圖43和圖44曲線所示，風輪機的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率都是標幺值，則它們的曲線是完全一致的，在03s時變槳距控制系統(tǒng)在調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距使轉(zhuǎn)矩和功率輸出逐漸達到穩(wěn)定，由于又突然受到在3s與4s分別受到陣行風與漸變風的影響，從而使波形在這兩個時間有的突變，之后繼續(xù)達到穩(wěn)定。在0～1s時無功功率為零，主要原因是雖然發(fā)電機端加了電容給發(fā)電機補償無功，但此時發(fā)電機端沒有電壓，則電容兩端也沒有電壓，因此這段時間發(fā)電機并未得到無功補償，即此時無功功率曲線為零。圖415 異步發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩輸出及參數(shù)設置異步發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果圖416 異步發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果 風力發(fā)電機系統(tǒng)并網(wǎng)模擬仿真分析 (1) 發(fā)電機三相電壓輸出及仿真結(jié)果分析 圖417 異步發(fā)電機發(fā)電機三相電壓輸出及參數(shù)設置圖418 異步發(fā)電機發(fā)電機三相電壓模擬仿真結(jié)果圖419 高壓母線電壓模擬仿真結(jié)果異步發(fā)電機三相電壓模擬仿真結(jié)果分析如圖418所示,在發(fā)電機并入電網(wǎng)前低壓側(cè)電壓為0,在1S時發(fā)電機并入電網(wǎng),電壓突然上升到接近于額定電壓,發(fā)電機向電網(wǎng)輸送功率。 低于額定風速時控制的模擬仿真結(jié)果分析額定風速以下是風力發(fā)電機組的運行可以不受功率限制的風速范圍。然后使用時間控制選擇器來選擇發(fā)電機使用轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制的狀態(tài)，在發(fā)電機并入電網(wǎng)后，發(fā)電機的控制轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩控制，從而帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動在略。圖423 變槳距控制系統(tǒng)模擬仿真結(jié)果變槳距控制系統(tǒng)模仿真結(jié)果分析 風輪機啟動時風力發(fā)電機組開始自動運行于風輪葉尖本來值90176。(6) 發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩輸出及仿真結(jié)果分析電磁轉(zhuǎn)矩Te是反映發(fā)電機由機械能轉(zhuǎn)換成電能的一個重要參數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩Te等于機械功率Pm除以轉(zhuǎn)軸的角速度，即.發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果分析在1s時發(fā)電機并網(wǎng)，因此發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩在0～1s時為零，在并網(wǎng)后電磁轉(zhuǎn)矩開始下降，之后又開始上升，并逐漸達到穩(wěn)定。圖410 異步發(fā)電機無功功率輸出及參數(shù)設置圖411 異步發(fā)電機無功功率模擬仿真結(jié)果異步發(fā)電機無功功率仿真結(jié)果分析在1s時異步發(fā)電機并網(wǎng)，由于采用的是直接并網(wǎng)，在并網(wǎng)時出現(xiàn)了很大的沖擊電流，導致無功功率在1s時發(fā)生突變，然后無功功率下降并逐漸達到穩(wěn)定狀態(tài)。圖42 綜合風速模型模擬仿真結(jié)果 風輪機模擬仿真分析圖43 風輪機機械轉(zhuǎn)矩輸出及參數(shù)設置圖44 風輪機機械轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果（1）機械轉(zhuǎn)矩輸出及仿真結(jié)果如圖43和圖44所示。在高于額定風速時，主要通過變槳距系統(tǒng)改變槳葉節(jié)距來限制風輪機獲取能量，使風力發(fā)電機保持在額定功率下發(fā)電，并使系統(tǒng)失速負荷最小化。如圖312所示為齒輪箱速比控制模型。(2)四種風分量的參數(shù)基本風輸入?yún)?shù)在實際或仿真時基本風被認為是一個常數(shù)，并且一般取平均值，9m/s ，如圖36所示。在實際與仿真時我們近似認為是一個不隨時間變化的分量，也就是取為一個常數(shù)。圖217 槳距角控制輸入模型圖218 槳距角控制功率的參照量（Pref）模型（3） 槳距角控制比例積分環(huán)節(jié)模型由比例積分控制器將功率比較的差值轉(zhuǎn)換成角度參量。圖215 風輪機轉(zhuǎn)速控制模型 發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制的模型（在發(fā)電機并網(wǎng)前）根據(jù)異步發(fā)電機輸出的機械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩利用發(fā)電機多參量模塊可以對發(fā)電機的轉(zhuǎn)速進行控制，其控制模型和參數(shù)如圖216所示。RCC控制單元有效地減少了變槳距機構的動作頻率及動作幅度，使得發(fā)電機的輸出功率保持平衡，實現(xiàn)了變槳距風力發(fā)電機組在額定風速以上的額定功率輸出，有效地減少了風力發(fā)電機因風速的變化而造成的對電網(wǎng)的不良影響。（2）轉(zhuǎn)子電流控制器原理[8]轉(zhuǎn)子電流控制器由快速數(shù)字式PI控制器和一個等效變阻器構成。功率輸出將穩(wěn)定地保持在額定值上。線性的減小到5176。 （3）速度控制器A轉(zhuǎn)速控制器A在風力發(fā)電機組進入待機狀態(tài)或從待機狀態(tài)重新起動時投入工作，如圖210所示在這些過程中通過對節(jié)距角的控制，轉(zhuǎn)速以一定的變化率上升。 變槳距控制系統(tǒng)（1）變槳距控制系統(tǒng)[10]在發(fā)電機并入電網(wǎng)時前，發(fā)電機轉(zhuǎn)速由速度控制器A根據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)速反饋信號與給定信號直接控制；發(fā)電機并入電網(wǎng)后，速度控制B與功率控制器起作用。（2） 欠功率狀態(tài)欠功率狀態(tài)是指發(fā)電機并入電網(wǎng)后，由于風速低于額定風速，發(fā)電機在額定功率以下的低功率狀態(tài)運行。也就是說，可以向電網(wǎng)提供無功，同時，調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)更靈敏，風機運行的柔性更好，有利于風機輸出功率更平穩(wěn)和減小傳動機械的沖擊應力。交流發(fā)電機采用高滑差繞線式轉(zhuǎn)子的異步發(fā)電機。風機槳距調(diào)節(jié)機構對風速的反應有一定的時延，在陣風出現(xiàn)時槳距調(diào)節(jié)機構來不及動作而造成風機的瞬時過載，不利于風機的運行。在額定風速以上時，變槳距機構發(fā)揮作用，調(diào)整葉片攻角，保證發(fā)電機的輸出功率在允許范圍內(nèi)。在不同風頻密度的地區(qū)可根據(jù)具體情況在安裝時予以調(diào)整，但必須充分考慮到對于風機失速點的影響。風輪機的功率調(diào)節(jié)完全依靠葉片的氣動特性的風力發(fā)電機組稱為定槳距風力發(fā)電機組。在恒頻應用中，發(fā)電機轉(zhuǎn)速的變化只比同步轉(zhuǎn)速高百分之幾，但風速的變化范圍可以很寬。必須分清異步發(fā)電機和功率變換器的絕對極限和常用上限的差別，盡量減小對電網(wǎng)的污染。當轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速后電機并入電網(wǎng)。計算機開始時監(jiān)測各個參數(shù)、輸入，判斷是否可以并網(wǎng)，判斷參數(shù)有否超過極限、執(zhí)行偏航、相位補償、機械制動或空氣制動。風力發(fā)電機組應具有手動控制功能（包括遠程遙控手操）手動控制時“自動”功能應該解除相反的投入自動控制時有些“手動”功能自動屏蔽。其余時間（運行期間、正常和故障停機期間）均處于歸位狀態(tài)。為了避免小風時發(fā)行頻繁開、停機現(xiàn)象在并網(wǎng)后10分內(nèi)不能按風速自動停機。 風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的結(jié)構原理 風力發(fā)電機組的控制目標風力發(fā)電機組是實現(xiàn)由風能到機械能和由機械能到電能兩個能量轉(zhuǎn)換過程的裝置?！?0分平均風速大于25m/s時或超過超速上限時→風力發(fā)電機組作偏轉(zhuǎn)90度控制→氣動剎車→脫網(wǎng)→停機。(2) 自動運動的控制要求開機并網(wǎng)控制:當風速10分內(nèi)的平均值在系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)，風力發(fā)電機組起動→軟切入狀態(tài)→機組并入電網(wǎng)。有的風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的功能很強,但由于工作不可靠,經(jīng)常出故障,而出現(xiàn)故障后對一般用戶來說維修又十分困難，于是這樣一套控制系統(tǒng)可能發(fā)揮不了它應有的作用。中國交流電網(wǎng)電壓頻率為50Hz。發(fā)電機是交流還是直流微小型風力發(fā)電機常用直流發(fā)電機中、大型風力發(fā)電機常用交流發(fā)電機。若電機用原動機驅(qū)動使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（）則轉(zhuǎn)差率，此時電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)磁場兩者的方向相反即電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩。異步電機一般稱感應電機即可作為發(fā)電機也可作為電動機。（1）風能利用系數(shù)風輪機從自然風能中吸到能量的大小和程度可以用風能利用率系數(shù)表示 (118)（2）葉尖速比為了表示風輪在不同的風速中的狀態(tài)用葉片的葉尖圓周速度與風速之比來衡量稱為葉尖速比 (119)低速風輪取較小值；高速風輪取較大值。風吹到葉片上所做的功是將風的動能轉(zhuǎn)化為葉片轉(zhuǎn)動的機械能，則有 。但是當風電機偶然沿一個方向偏轉(zhuǎn)太長時間時，電纜將越來越扭曲，導致電纜扭斷或出現(xiàn)其他故障。（9）調(diào)向（偏航）裝置調(diào)向裝置就是使風輪正常運轉(zhuǎn)時一直使風輪對準風向的裝置。② 永磁發(fā)電機，常用在小型風力發(fā)電機上。使用齒輪箱可以將風電機轉(zhuǎn)子上的較低轉(zhuǎn)速、較高轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為用于發(fā)電機上的較高轉(zhuǎn)速、較低轉(zhuǎn)矩。風輪是風力發(fā)電機接受風能的部件。按主軸與地面相對位置又可分為：水平軸風力發(fā)電機組和垂直軸風力發(fā)電機組。（3）風能的基本情況[1]風能的特點風能的特點主要有：能量密度低、不穩(wěn)定性、分布不均勻、可再生、須在有風地帶、無污染、分布廣泛、可分散利用、另外不須能源運輸、可和其它能源相互轉(zhuǎn)換等。地球上某處所接受的太陽輻射能與該地點太陽照射角的正弦成正比。（8）發(fā)電方式多樣化風力發(fā)電既可并網(wǎng)運行，也可以和其他能源如柴油發(fā)電、太陽能發(fā)電、水利發(fā)電機組形成互補系統(tǒng)，還可以獨立運行，因此對于解決邊遠地區(qū)的用電問題提供了現(xiàn)實可行性。 風力發(fā)電的特點（1）可再生的潔凈能源風力發(fā)電是一種可再生的潔凈能源，不消耗化石資源也不污染環(huán)境，這是火力發(fā)電所無法比擬的優(yōu)點。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 田 敏 2006年6月畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。但由于對運行工況的認識不足，對變槳距控制系統(tǒng)的設計不能滿足風力發(fā)電機組正常運行的要求，更達不到優(yōu)化功率曲線和穩(wěn)定功率輸出的要求。引 言隨著世界工業(yè)化進程的不斷加快，使得能源消耗逐漸增加，全球工業(yè)有害物質(zhì)的排放量與日俱增，從而造成氣候異常、災害增多、惡性疾病的多發(fā)，因此，能源和環(huán)境問題成為當今世界所面臨的兩大重要課題。通過變距控制可以根據(jù)風速來調(diào)整槳葉節(jié)距角，以滿足發(fā)電機起動與系統(tǒng)輸出功率穩(wěn)定的雙重要求。由于本人的理論水平及實踐經(jīng)驗所限、編寫時間倉促，書中錯誤疏漏之處難免，敬請老師不咎指正。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。空氣流動的動能作用在葉輪上，將動能轉(zhuǎn)換成機械能，從而推動片葉旋轉(zhuǎn)，如果將葉輪的轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸相連就會帶動發(fā)電機發(fā)出電來。（7）實際占地面積小發(fā)電機組與監(jiān)控、變電等建筑僅占火電廠1%的土地，其余場地仍可供農(nóng)、牧、漁使用。的夾角，因此對地球上不同地點太陽照射角度是不同的，而且對同一地點一年中這個角度也是變化的。通過它可以得知當?shù)氐闹鲗эL向。 風力發(fā)電機的結(jié)構與組成 風力發(fā)電機的分類[5]風力發(fā)電機組是將風能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，按其容量分可分為：小型（10kw以下）、中型（10—100kw）和大型（100kw以上）風力發(fā)電機組。 (2)風輪葉片安裝在輪轂上稱作風輪，它包括葉片、輪轂、主軸等。由于風輪機工作在低轉(zhuǎn)速下，而發(fā)電機工作在高轉(zhuǎn)速下，為實現(xiàn)匹配采用增速齒輪箱。風力發(fā)電機上常用的發(fā)電機有以下幾種：① 直流發(fā)電機，常用在微、小型風力發(fā)電機上。目前世界各國所采用的調(diào)速裝置主要有以下幾種：可變漿距的調(diào)速裝置；定漿距葉尖失速控制的調(diào)速裝置；離心飛球調(diào)速裝置；空氣動力調(diào)速裝置；扭頭、仰頭調(diào)速裝置。（11）電纜扭纜計數(shù)器電纜是用來將電流從風電機運載到塔下的重要裝置。如圖13所示，我們分析一個放置在移動的空氣中的“理想風輪”葉片上所受到的力及移動的空氣對風輪葉片所做的功。 風力發(fā)電機特性系數(shù)貝茨理論提供了風能的基本理論，但在討論風輪機的能量轉(zhuǎn)換與控制時有幾個特性系數(shù)具有特別重要的意義。本論文的研究對象中使用也是異步發(fā)電機，下面我們對異步機做以下的簡單介紹。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的差為轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率用表示 (122)轉(zhuǎn)差率是表證異步機運行狀態(tài)的一個基本變量。單位為KW；也有用視在功率表示的單位為KVA。額定頻率發(fā)電機額定運行時其電壓變化的頻率。往往不是控制系統(tǒng)功能而是它的可靠性直接影響風力發(fā)電機組的聲譽。保護環(huán)節(jié)為多級安全鏈互鎖在控制過程中具有