【正文】 磁場的轉(zhuǎn)速（ snn）則轉(zhuǎn)差率 S0 ，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。中國交流電網(wǎng)電壓頻率為 50Hz。 (2)自動運動的控制要求 ○ 1 開機并網(wǎng)控制 :當(dāng)風(fēng)速 10 分內(nèi)的平均值在系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機組起動→軟切入狀態(tài)→機組并入電網(wǎng)。 XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 16 風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理 風(fēng)力發(fā)電機組 的控制目標 風(fēng)力發(fā)電機組是實現(xiàn)由風(fēng)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。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)。風(fēng)輪開始轉(zhuǎn)動?；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)輪機的運行存在三個典型區(qū)： 在低風(fēng)速段，按 恒定 PC 途徑控制風(fēng)輪機直到轉(zhuǎn)速達到極限 ； 然后按恒 定轉(zhuǎn)速控制風(fēng)輪機 ，直到功率最大 ； 功率最大后，風(fēng)輪機XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 21 按恒定功率控制。變槳距風(fēng)力發(fā)電 機組的功率調(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行調(diào)節(jié)。同樣 ， 通過調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的大小和相位 (RCC)從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) ， 進而 實現(xiàn)追求 PC 最優(yōu)和無功功率的平衡。在發(fā)電機并入電網(wǎng)以前，變距系統(tǒng)的節(jié)距給定值由發(fā)電機的轉(zhuǎn)速信號控制。變距系統(tǒng)的執(zhí)行機構(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。 39。當(dāng)風(fēng)速達到起動風(fēng)速時槳葉向 0176。 ○ 1 1G 0tT 風(fēng)速 wGV0? ○ 2 )( 11 GGG TTtT ??? 風(fēng)速 wG cosV V? cosV 表示在該時間段內(nèi)風(fēng)速變化具有 余 弦特性，其表達式為 ?????? ??? )(2c o s12 1m a xc o s G GG T Ttvv ? （ 32） 式中 maxGV —— 陣行風(fēng)最大的風(fēng)速（ m/s） ； t —— 時間（ s） ； 1G T —— 出現(xiàn)陣性風(fēng)的時間 （起動時間 s） ； GT —— 陣性風(fēng)的持續(xù)時間 。由于異步發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)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(fēng)力發(fā)電機組中得到廣泛應(yīng)用。 圖 39 隨機噪聲風(fēng)輸入?yún)?shù) XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 40 圖 310 風(fēng)輪機模型 風(fēng)輪機 模型及 參數(shù) 如圖 311所示 是 風(fēng)輪機輸入?yún)?shù) 。 第 三 章 樣例 系統(tǒng) 模型的建立 風(fēng)速模型的建立 風(fēng)能的數(shù)學(xué)模型 風(fēng)能作用于 風(fēng)輪機 的 槳 葉上， 是 風(fēng)力發(fā)電機的原動力 ， 為了能較準確的描述自然界的風(fēng)能變化 的 特點，在工程上一般采用簡化的四分量模型來模擬風(fēng)速隨時間變化的特征。在軟件環(huán)境中輸入同步轉(zhuǎn)速 314rad/s。在額定功率時，發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率能夠從 1%到 10%（ 1515 到 1650 minr ）變化，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子平均電阻從 0到 100%變化。 （ 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。 節(jié)距的給定參考值由控制器根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組的運行狀態(tài)給出。 變槳距 風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)模型框圖 [2] 變槳距風(fēng)力發(fā)電機組的運行狀態(tài) 變 槳距風(fēng)力發(fā)電機組根據(jù)變距系統(tǒng)所起的作用可分為三種運行狀態(tài)，即風(fēng)力發(fā)電機組的起動狀態(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）。即仍然發(fā)揮葉片的失速效應(yīng) ，在失速點之前進行槳距調(diào)整 ， 即便槳 距調(diào)節(jié)機構(gòu)來不及動作通過葉片的失速效應(yīng)發(fā)揮作用也不會造成風(fēng)機的瞬時過載。風(fēng)機采用異步 發(fā)電技術(shù)，存在功率流向的不確定 性 ，發(fā)電機可能低于同步轉(zhuǎn)速運行，也可能工作在同步轉(zhuǎn)速之上。 由 (22)式 可知 ，風(fēng)機整體設(shè)計和相應(yīng)的運行控制策略應(yīng) 在追求 PC 最大 的情況下 進行相應(yīng)的 調(diào)整，便可增加其輸出功率。為了優(yōu)化功率曲線，在進行功率控制的同時通過轉(zhuǎn)子電流控制器對電機轉(zhuǎn)差進行調(diào)整，從而調(diào)整風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。首先系統(tǒng)初始化檢查控制程序、微控制器硬件和外設(shè)、傳感器來的脈沖及比較所選的操作參數(shù)備份系統(tǒng)工作表，接著就正式起運。跟風(fēng)精度范圍177。 ○ 2 過電壓、過電流保護：主電路計算機電源進線端、控制變壓器進線和有關(guān)伺服電動機 的 進線端均設(shè)置過電壓、過電流保護措施。 ○ 2 變槳距失速型機組控制 風(fēng)速超過風(fēng)力發(fā)電機組額定風(fēng)速以上時，為確保風(fēng)力發(fā)電機組輸出功率不再增加，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機組過載，通過改變槳葉節(jié)距角和空氣動力學(xué)的失速特性，使葉片吸收風(fēng) 功率減少或者發(fā)生失速，從而控制風(fēng)力發(fā)電機組的功率輸出。 ○ 4 發(fā)電機額定電壓 發(fā)電機額定運行時 電壓為 定子或轉(zhuǎn)子輸出的電壓 ， 單位為 V。異步機的定子與同步機基本相同，其轉(zhuǎn)子可分為繞線式和鼠籠式，繞線式異步機的轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組相同，鼠籠式異步機的轉(zhuǎn)子繞組是由端部短接的銅條或鑄鋁制成像鼠籠一樣。 風(fēng)作用在葉片上的力由歐拉定理求得 )()( 2121 vvmvvsvF ???? ? (16) 式中 ?—— 空氣當(dāng)時的密度 風(fēng)輪所接受的功率為 )( 212 vvsvFvP ??? ? (17) 所以經(jīng)過風(fēng)輪葉片的風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化 )(21)(21 22212221 vvmvvsvT ????? ? (18) 式中 sv? —— 空氣質(zhì)量 TP ?? (19) XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 10 2 21 vvv ??? (110) 因此 ， 風(fēng)作用在風(fēng)輪葉片上的力 F 和風(fēng)輪輸出的功率 P 分別為 )(21 2221 vvsF ?? ? (111) ))((41212221 vvvvsP ??? ? (112) 風(fēng)速 1V 是給定的， P 的大小取決于 2V ， P 是 2V 的函數(shù)，對 P 微分求最大值得 )32(41 2221212 vvvvsdvdP ??? ? (113) 令其等于 0，求解方程得 12 31vv ? (114) 3131m a x 271621278 svsvP ?? ??? (115) 16/27=0． 593， PC 稱作貝茨功率系數(shù) PCsvP 31m a x 21 ?? (116) 而 3121 sv?正是風(fēng)速為 1V 的風(fēng)能 T ，故 pTCP ?max (117) PC =0． 593，說明風(fēng)吹在葉片上，葉片上所能獲得的最大功率 maxP 為風(fēng)吹過葉片掃掠面積 S 的風(fēng)能的 59． 3％。 （ 10）風(fēng)力發(fā)電機微機控制系統(tǒng) [11] 風(fēng)力發(fā)電機的微機控制屬于離散型控制，是將風(fēng)向標、風(fēng)速計、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機電壓、頻率、電流、發(fā)電機溫升、增速器溫升、機艙振動、塔架振動、電纜過纏繞、電網(wǎng)電壓、電流、頻率等傳感器的信號經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換，輸送給單片機再按設(shè)計程序給出各種指令實現(xiàn)自動啟動、自動調(diào)向、自動調(diào)速、自動并網(wǎng)、自動解列、運行中機組故障的自動停機、自動 電纜解繞、過振動停機、過大風(fēng)停機等的自動控制。 發(fā)電機的性能好壞直接影響整機效率和可靠性。 在本文中以后不做 特殊 說明時所指的風(fēng)力發(fā)電機組即為大中型的水平軸風(fēng)力發(fā)電機組。 風(fēng)速是指某一高度連續(xù) 10min 所測得各瞬時風(fēng)速的平均值。 （ 5）造價低 從國外建成的風(fēng)電場看，單位千瓦造價和單位千瓦時電價都低于火力發(fā)電，和常規(guī)能源發(fā)電相比具有競爭力。 本篇論文主要介紹了風(fēng)力發(fā)電機組的基本控制要求和控制策略 ,在變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(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。 （ 2）建設(shè)周期 短 一 個十兆 瓦級的風(fēng)電場建設(shè)期不到一年。 （ 2）風(fēng)的參數(shù) 風(fēng)向和風(fēng)速是兩個描述風(fēng)的重要參數(shù)。 水平軸風(fēng)力發(fā)電機是目前世界各國風(fēng)力發(fā)電機最為成功的一種形式，主要優(yōu)點是風(fēng)輪可以架設(shè)到離地面較高的地方，從而減少了由于地面擾動對風(fēng)輪動態(tài)特性的影響。 （ 4）聯(lián)軸器 增速器與發(fā)電機之間用聯(lián)軸器連接，為了減少占地空間，往往聯(lián)軸器與制動器設(shè)計在一起。 借助電動機轉(zhuǎn)動機艙以使轉(zhuǎn)子正對著風(fēng)。 如果假設(shè)空氣是不可壓縮的，由連續(xù)條件可得 VVSSVVS ??? 2211 (13) 由流體力學(xué)可知氣流的動能為 mvT? (14) 設(shè)單位時間內(nèi)氣流流過載面積為 s 的氣體的體積為 V，則 svV? 。異步機作為電動機應(yīng)用非常廣泛異步機作 為發(fā)電機的情況則比較少。這要視用戶的用途、發(fā)電機功率而確定。因此對于一個風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的設(shè)計和使用者來說 ,系統(tǒng)的安全可靠性必須認真加以考慮 ,必須引起足夠的重視。 ○ 9 功率調(diào)節(jié)：當(dāng)機組在額定風(fēng)速以上并網(wǎng)運行時→失速型機組→發(fā)電機的功率不會超過額定功率的 15%→過載→脫網(wǎng)停機。同樣在小風(fēng)自動脫網(wǎng)停機后 5 分內(nèi)不能軟切并網(wǎng)。 ○10 風(fēng)力發(fā)電機組應(yīng)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(yīng)該解除相反的投入自動控制時有些“手動”功能自動屏蔽。根據(jù)給定的速度參考值調(diào)整節(jié)距角，進行所謂的XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 19 速度控制。由圖中可見 ， 對于同 一個 PC值風(fēng)輪機 可能運行在 A和 B兩個點， 它們分別對應(yīng)于風(fēng)輪機的高風(fēng)速運行區(qū)和低風(fēng)速 運行區(qū) ， 當(dāng)風(fēng)速 發(fā)生變化時 風(fēng)輪機 的運行點將要發(fā)生變化。定XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 22 槳矩風(fēng)機的 功 角一般設(shè)定在 0176。風(fēng)速變化頻繁幅度大的狀況出現(xiàn)時將引起風(fēng)機槳距調(diào)節(jié)機構(gòu)頻繁動作。控制系統(tǒng)負責(zé) Rf 控制和 轉(zhuǎn)子電流相角。變槳距系統(tǒng)由風(fēng)速低頻分量和發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制，風(fēng)速的高頻分量產(chǎn)生的機械能波動，通過迅速改變發(fā)電機的轉(zhuǎn)速來進行平衡，即通過轉(zhuǎn)子電流控制器對發(fā)電機轉(zhuǎn)差率進行控制，當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時，允許發(fā)電機轉(zhuǎn)速升高，將瞬變的風(fēng)能以風(fēng)輪動能的形式儲存起來；轉(zhuǎn)速降低時，再將動能釋放出來，使功率曲線達到理想的狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)速從 0 增加到 1500 minr 時，節(jié)距角給定值從 45176。如果功率低于額定功率值，這一控制環(huán)將通過改變轉(zhuǎn)差率，進而改變槳葉節(jié)距角，使風(fēng)輪獲得最大功率。 （ 1）選擇器參數(shù)：選擇器功能是當(dāng)運行時間在 0到所設(shè)域值 時，由 B 通道輸入 ,XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 30 到達 所設(shè) 定的 值 以后由 A 通道輸入。再與槳距角給定值進行比較，輸入槳距角限制環(huán)節(jié)，輸出XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 34 槳距角。 ○ 3 漸變風(fēng) WRv 輸入?yún)?shù) 漸變風(fēng) WRv 用于描述風(fēng)速的逐漸變化，根據(jù)實際數(shù)據(jù)可以給出其最大值?maxV 2m/s，起始時間為 4s，持續(xù)周期為 1s，陣性風(fēng)數(shù)量為 個， 如圖 38 所示。它是由一個時間信號模型與一個單信號比較儀來控制。 ○ 1 1R 0tT 風(fēng)速 wRV0? ○ 2 RR TtT 21 〈? 風(fēng)速 wRV rampV? rampV 表示在該時間區(qū)段內(nèi)風(fēng)速線性變化表達式 )1(212m a xRRRRra m p TT Ttvv ???? （ 33） 所以當(dāng) 1R t=T 時 rampV = 0 當(dāng) 2R t=T 時 rampV = vmax ○ 3 RRR TTtT ??? 22 風(fēng)速 wR maxV =V ○ 4 RR TTt ?? 2 風(fēng)速 wRV =0 圖 33 漸變風(fēng)隨時間變化曲線圖 （ 4）隨機噪聲風(fēng) wNv XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 37 wNv 用以描述在指定的高度的風(fēng)速變化的隨機風(fēng)的特性，由許多諧波分量構(gòu)成，其表達式為 ? ??? ??? Nt iiiVwN sv 1 2/1 )c o s ()(2 ? （ 34） 式中 w? —— 隨機分布的離散間距 ； iw —— 第 I 個分量的角頻率 ， wiwi ??? )2/1( ； i? —— 第 I 個分量的初相角為 0~2Pi之間分布的隨機量 ； )( iv ws —— 第 I 個分量的振幅 。功率反饋信號與額定功率進行比較，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。 式中只要 39。從圖