【正文】 即槳矩角初始值為90度，在機(jī)組起動的過程中逐漸變小，這樣葉片吸收風(fēng)能逐漸增大，葉片的轉(zhuǎn)速也逐漸加快，且保持不變，此時葉片吸收風(fēng)能達(dá)到了最大。在3s和4s分別受到陣行風(fēng)和漸變風(fēng)的影響，無功功率的曲線有很小的上升，然后又達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。加入變槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)，顯著提高了傳動系統(tǒng)的柔性及輸出的穩(wěn)定性。 圖35　外部風(fēng)速輸入控制模型及參數(shù)圖36 基本風(fēng)輸入?yún)?shù) 陣行風(fēng)輸入?yún)?shù)陣行風(fēng)用于描述風(fēng)速的突然變化，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)可以給出其最大值2m/s，起始時間3s，持續(xù)周期為1s，陣性風(fēng)數(shù)量為1個。圖219 比例積分控制器模型圖220 傳遞函數(shù)的參數(shù)圖221 節(jié)距限制的參數(shù)（4） 濾波器模型及參數(shù)濾波器對比例積分器輸出的波形進(jìn)行修整，以便出現(xiàn)諧波分量對系統(tǒng)造成不良影響。 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)模型的建立 控制選擇器模型的建立在控制選擇器的模型中，當(dāng)輸入的時間值低于1秒時,輸出為低水平輸出值0；當(dāng)輸入的時間值超過1秒時, 輸出為高水平輸出值1。從圖中可知在風(fēng)速信號輸入端設(shè)有低通濾波器，節(jié)距控制對瞬變風(fēng)速并不響應(yīng)?？刂破饕灿糜谠谕剿伲?0Hz時1500轉(zhuǎn)/min）時的控制。為了改善低風(fēng)速時的風(fēng)輪氣動特性，采用了Optitip技術(shù)，即根據(jù)風(fēng)速的大小，調(diào)整發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，使其盡量運(yùn)行在最佳葉尖速比上，以優(yōu)化功率輸出。變速風(fēng)機(jī)要求轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨風(fēng)變化，相應(yīng)轉(zhuǎn)子電流頻率是不定的。風(fēng)輪機(jī)的槳距控制系統(tǒng)，通常采用典型的PID轉(zhuǎn)速、功率和槳距角三模態(tài)控制。風(fēng)輪機(jī)吸收的功率隨風(fēng)速不停地變化，發(fā)電機(jī)工作于同步轉(zhuǎn)速附近，而風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計一般在額定功率時風(fēng)輪的轉(zhuǎn)換效率在最佳區(qū)段。下面概述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的各種控制策略在國內(nèi)外大中型并網(wǎng)發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中均有應(yīng)用。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變距控制原理(1)變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變距系統(tǒng)主要包括兩種控制方式，即并網(wǎng)前的速度控制與并網(wǎng)后的功率控制。在大風(fēng)停機(jī)和超速停機(jī)的情況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組除了應(yīng)該脫網(wǎng)、抱閘和甩葉尖閘停機(jī)外還應(yīng)該自動投入偏航控制使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙軸心線與風(fēng)向成一定的角度增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)組脫網(wǎng)的安全度待機(jī)艙轉(zhuǎn)約90176。風(fēng)輪系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從風(fēng)能到機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換，發(fā)電機(jī)和控制系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了從機(jī)械能到電能的能量轉(zhuǎn)換過程，在考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制目標(biāo)時應(yīng)結(jié)合它們的運(yùn)行方式，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：（1）控制系統(tǒng)保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行同時高質(zhì)量地將不斷變化的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為頻率、電壓恒定的交流電送入電網(wǎng)。小風(fēng)和逆功率脫網(wǎng):機(jī)組在待風(fēng)狀態(tài)→10分平均風(fēng)速小于脫網(wǎng)風(fēng)速→脫網(wǎng)→風(fēng)速再次上升→風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)→并網(wǎng)。國外也有交流電網(wǎng)60Hz的。此時轉(zhuǎn)子從原動機(jī)吸收機(jī)械功率通過電磁感應(yīng)由定子輸出電功率電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。（3）轉(zhuǎn)矩系數(shù)和推力系數(shù)為了便于把氣流作用下的風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和推力進(jìn)行比較常以為變量作成轉(zhuǎn)矩和推力的變化曲線，因此轉(zhuǎn)矩和推力也要無因次化。因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)配備有電纜扭曲計數(shù)器，用于提醒操作員應(yīng)該將電纜解開了。現(xiàn)在我國已經(jīng)發(fā)明了交流電壓440/240V的高效永磁交流發(fā)電機(jī)，可以做成多對極低轉(zhuǎn)速的，特別適合風(fēng)力發(fā)電機(jī)。葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最關(guān)鍵的部件，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)上每個轉(zhuǎn)子葉片的測量長度大約為20米葉片數(shù)通常為2枚或3枚，大部分轉(zhuǎn)子葉片用玻璃纖維強(qiáng)化塑料（GRP）制造。 風(fēng)能資源的估算風(fēng)能的大小實(shí)際就是氣流流過的動能，因此可以推導(dǎo)出氣流在單位時間內(nèi)垂直流過單位截面積的風(fēng)能，即風(fēng)功率為 (11)式中 為風(fēng)能(w)；為空氣密度(kg/m)；為風(fēng)速(m/s)。（9）單機(jī)容量小由于風(fēng)能密度低決定了單臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量不可能很大，與現(xiàn)在的火力發(fā)電機(jī)組和核電機(jī)組無法相比。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本篇論文主要介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求和控制策略,在變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)仿真方面作了初步的探究和研究。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要控制是在起動時對風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的控制和并網(wǎng)后對輸入功率的控制。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。（6）運(yùn)行維護(hù)簡單現(xiàn)代中大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的自動化水平很高，完全可以在無人職守的情況下正常工作，只需定期進(jìn)行必要的維護(hù)，不存在火力發(fā)電的大修問題。風(fēng)玫瑰圖是一個給定地點(diǎn)一段時間內(nèi)的風(fēng)向分布圖。(1)機(jī)艙機(jī)艙包含著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱、發(fā)電機(jī)等。然后電流通過風(fēng)電機(jī)旁的變壓器（或在塔內(nèi)），電壓被提高至13萬伏，這取決于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)電場的機(jī)組群可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)管理、互相通信，出現(xiàn)故障的風(fēng)機(jī)會在微機(jī)總站的微機(jī)終端和顯示器上讀出、調(diào)出程序和修改程序等，使現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)真正實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場無人職守的自動控制。通常風(fēng)輪機(jī)風(fēng)輪葉片接受風(fēng)能的效率達(dá)不到59．3％，一般根據(jù)葉片的數(shù)量、葉片的翼形、。通常異步機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于或略高于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)在額定功率運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速用表示。保護(hù)環(huán)節(jié)以失效保護(hù)為原則進(jìn)行設(shè)計自動執(zhí)行保護(hù)功能：超速、發(fā)電機(jī)過載和故障、過振動、電網(wǎng)或負(fù)載丟失、脫網(wǎng)時的停機(jī)失敗時。過繼電保護(hù)：運(yùn)行的所有輸出運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的過熱、過載保護(hù)控制裝置。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓機(jī)械閘在并網(wǎng)運(yùn)行、開機(jī)和待風(fēng)狀態(tài)下應(yīng)該松開機(jī)械閘其余狀態(tài)下（大風(fēng)停機(jī)、斷電和故障等）均應(yīng)抱閘?，F(xiàn)在恢復(fù)為0176?；钊奈灰品答佇盘栍晌灰苽鞲衅鳒y量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸入比較器。因而風(fēng)輪機(jī)的運(yùn)行存在三個典型區(qū)：在低風(fēng)速段，按恒定途徑控制風(fēng)輪機(jī)直到轉(zhuǎn)速達(dá)到極限；然后按恒定轉(zhuǎn)速控制風(fēng)輪機(jī)，直到功率最大；功率最大后，風(fēng)輪機(jī)按恒定功率控制。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)不完全依靠葉片的氣動特性，主要依靠與葉片相匹配的葉片攻角改變來進(jìn)行調(diào)節(jié)。同樣，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的大小和相位(RCC)從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)追求最優(yōu)和無功功率的平衡。在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)以前，變距系統(tǒng)的節(jié)距給定值由發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號控制。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經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變成電壓信號控制比例閥（或電液伺服閥），驅(qū)動液壓缸活塞，推動變槳距機(jī)構(gòu)，使槳葉節(jié)距角變化。如果風(fēng)速和功率輸出一直低于額定值，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率將降低到2%，節(jié)距控制將根據(jù)風(fēng)速調(diào)整到最佳狀態(tài)，以優(yōu)化葉尖速比。式中只要不變，電磁轉(zhuǎn)矩就可以不變，發(fā)電機(jī)的功率可保持不變。() 圖216 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的模型及參數(shù)（1） 槳距角控制輸入量模型根據(jù)控制選擇器來選擇異步發(fā)電機(jī)的有功功率反饋值或給定值為槳距角控制功率的輸入量。 （35）式中 ——地表摩擦系數(shù)；——攏動范圍m2；——相對高度的平均風(fēng)速（m/s）。圖315 選擇開關(guān)StoT控制模型,輸出為低水平輸出值1；, 輸出為高水平輸出值0. 輸入為自然數(shù),則輸出整數(shù) 圖316 StoT控制模型及參數(shù) 異步發(fā)電機(jī)參數(shù)圖317 異步發(fā)電機(jī)參數(shù) 無窮大系統(tǒng)模型的建立圖318 無窮大系統(tǒng)模型 補(bǔ)償電容的參數(shù)圖319 補(bǔ)償電容的參數(shù) 斷路器模型及參數(shù)(1)普通三相斷路器 圖320 普通三相斷路器模型及參數(shù)(2)有同步監(jiān)視的斷路器 圖321 有同步監(jiān)視的三相斷路器模型及參數(shù)(3)斷路器分合控制選擇器模型圖322 斷路器分合控制選擇器模型當(dāng)輸入時間值低于1秒時,輸出為低水平輸出值1；當(dāng)輸入時間值超過1秒時, 輸出為高水平輸出值0。在3s和4s分別受到陣行風(fēng)和漸變風(fēng)的影響，有功功率的曲線有很小的下降，然后又達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。(3) 低壓母線相電流輸出及仿真結(jié)果分析并網(wǎng)前電流為0,在1s時斷路器合閘并網(wǎng)，出現(xiàn)很大的沖擊電流，其沖擊電流值達(dá)到11KA，然后又開始上升，最后趨于穩(wěn)定,。通常對轉(zhuǎn)速的控制是通過對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制來實(shí)現(xiàn)。圖412 異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速模擬仿真結(jié)果異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果分析，此時異步電機(jī)運(yùn)行在電動機(jī)狀態(tài)；，則發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速開始上升，并超過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速標(biāo)玄值1，異步電機(jī)此時運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，之后轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，并逐漸趨于穩(wěn)定。 控制系統(tǒng)在樣例模型中的模擬仿真 風(fēng)速模擬仿真分析（1）風(fēng)速模型輸出及參數(shù)設(shè)置圖41 風(fēng)速模型輸出及參數(shù)設(shè)置(2)綜合風(fēng)速模型的仿真綜合風(fēng)速是由基本風(fēng)、陣行風(fēng)、漸變風(fēng)以及隨機(jī)噪聲風(fēng)四種分量的風(fēng)速疊加而成的,此仿真結(jié)果是在沒有外加切入風(fēng)速時的結(jié)果,如圖42所示。隨機(jī)噪聲風(fēng)vwN輸入?yún)?shù)圖37 陣行風(fēng)輸入?yún)?shù)圖38 漸變風(fēng)輸入?yún)?shù)用于描述在指定高度風(fēng)速變化的隨機(jī)噪聲風(fēng)的特性是由許多諧波組成的，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)可以給出其噪聲分量數(shù)為50個，如圖39所示。其各部分的參數(shù)如下所示。（2）選擇器A、B端輸入?yún)?shù)：A端輸入變量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速w；B端輸入常數(shù)1。 （1）功率控制系統(tǒng)功率控制系統(tǒng)如圖212所示，它由兩個控制環(huán)節(jié)組成?？刂破靼Ｒ?guī)的PD控制器和PI控制器，接著是節(jié)距角的非線性化環(huán)節(jié)，通過非線性化處理，增益隨節(jié)距角的增加而減小，以此補(bǔ)償由于轉(zhuǎn)子空氣動力學(xué)產(chǎn)生的非線性，因?yàn)楫?dāng)功率不變時，轉(zhuǎn)矩對節(jié)距角的比是隨節(jié)距角的增加而增加的。功率反饋信號與額定功率進(jìn)行比較，功率超過額定功率時，槳葉節(jié)距向迎風(fēng)面積減少的方向轉(zhuǎn)動一個角度，反之則向迎風(fēng)面積增大的方向轉(zhuǎn)動一個角度。這一點(diǎn)與鼠籠式轉(zhuǎn)子電流頻率的結(jié)論是一致的(為電機(jī)轉(zhuǎn)差)。風(fēng)機(jī)正常工作時，主要采用功率控制。從的函數(shù)關(guān)系來看，難以保證在額定風(fēng)速之前使值達(dá)到最大，特別是在低風(fēng)速段。尖速比可表示為 （21） 式中 為風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速(rad/s)；為葉片半徑(m)；為來流的線性風(fēng)速(m/s)。這時氣流對葉片不產(chǎn)生力矩，整個葉片實(shí)際上是一塊阻尼板。15176。（4）大于開機(jī)風(fēng)速并且轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速的條件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能軟切入自動并網(wǎng)保證電流沖擊小于額定電流。 安全鏈動作停機(jī)：電控制系統(tǒng)軟保護(hù)控制失敗→硬性停機(jī)→停機(jī)。同步轉(zhuǎn)速對于額定頻率為f 的交流發(fā)電機(jī)其同步轉(zhuǎn)速 (124)式中 ——發(fā)電機(jī)的極對數(shù)；——同步轉(zhuǎn)速r/min。它是由葉尖速比及發(fā)電機(jī)功率決定的參數(shù)。使用異步機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單成本低并網(wǎng)控制容易，缺點(diǎn)是要從電網(wǎng)吸收無功功率以提供自身的勵磁。貝茨(Betz)建立的。塔架有型鋼架結(jié)構(gòu)的，有圓錐型鋼管和鋼筋混凝土的等三種形式，風(fēng)電機(jī)塔載有機(jī)艙及轉(zhuǎn)子。輪轂一般由鑄鋼或鋼板焊接而成，其中不允許有夾渣、砂眼、裂紋等缺陷，并按槳葉可承受的最大離心力載荷來設(shè)計。在風(fēng)速V的概率分布p(V)知道后，平均風(fēng)能密度還可根據(jù)下式求得 （12） 風(fēng)輪機(jī)的理論[4]風(fēng)輪機(jī)又稱為風(fēng)車，是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、電能或熱能的能量轉(zhuǎn)換裝置。風(fēng)就是水平運(yùn)動的空氣，空氣運(yùn)動主要是由于地球上各緯度所接受的太陽輻射強(qiáng)度不同而形成的。風(fēng)力發(fā)電的原理是利用風(fēng)帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速器將旋轉(zhuǎn)的速度提高來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電的。本篇論文主要是通過PSCAD/EMTDC仿真軟件，建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型以及完整的風(fēng)力發(fā)電樣例系統(tǒng)模型，對自建的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型進(jìn)行仿真分析，利用運(yùn)行模塊進(jìn)行EMTDC模擬計算，驗(yàn)證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型的可用性，并且通過單曲線繪圖對模擬結(jié)果進(jìn)行分析，并利用多曲線繪圖模塊產(chǎn)生可直接用于研究報告的模擬結(jié)果圖形。風(fēng)力發(fā)電起源于20世紀(jì)70年代，技術(shù)成熟于80年代，自90年代以來風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入了大發(fā)展階段。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。（4）可靠性高把現(xiàn)代高科技應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使其發(fā)電可靠性大大提高，中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性從80年代的50%提高到了98%，高于火力發(fā)電且機(jī)組壽命可達(dá)20年。風(fēng)速是表示風(fēng)移動的速度即單位時間內(nèi)空氣流動所經(jīng)過的距離。而生產(chǎn)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的國家很少，主要原因是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)效率低，需啟動設(shè)備，同時還有些技術(shù)問題尚待解決。（6）發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中最關(guān)鍵的部件，是將風(fēng)能最終轉(zhuǎn)變成電能的設(shè)備。通常在風(fēng)改變其方向時，風(fēng)電機(jī)一次只會偏轉(zhuǎn)幾度。從風(fēng)能公式可以看出風(fēng)能的大小與氣流密度和通過的面積成正比，與氣流速度成正比，其中和隨地理位置、海拔、地形等因素而變。異步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和同步發(fā)電機(jī)的一樣，也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。永磁交流發(fā)電機(jī)等。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的控制要求(1) 控制思想[3]定槳距失速型機(jī)組控制風(fēng)速超過風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定風(fēng)速以上時，為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率不再增加，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組過載，通過空氣動力學(xué)的失速特性，使葉片發(fā)生失速，從而控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率輸出。（3）控制保護(hù)要求主電路保護(hù)：變壓器低壓側(cè)三相四線進(jìn)線處設(shè)置低壓配電低壓斷路器→維護(hù)操作安全和短路過載保護(hù)。當(dāng)風(fēng)速大于開機(jī)風(fēng)速要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航機(jī)構(gòu)始終能自動跟風(fēng)。首先系統(tǒng)初始化檢查控制程序、微控制器硬件