【正文】 通過風(fēng)輪機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 ????? ????????? ???????? ???其他時(shí)間02c o s12 111m a x GGGGGwgTTtTT TtGv ? （ 25） 式中， maxG —— 陣風(fēng)幅值（ sm/ ）； GT —— 陣風(fēng)周期（ s ）； GT1 —— 陣風(fēng)開始時(shí)刻（ s ）。 由文獻(xiàn) [6]得，風(fēng)力機(jī)軸上的輸出機(jī)械功率為： ? ????? ,21 32 Pw CvRP ? （ 29） 式中， ?—— 空氣密度（ 3/mkg ）； R—— 風(fēng)機(jī)葉輪半徑（ m ）； ?—— 葉尖速比，定義為eqturvR??? ，其中 tur? 為風(fēng)力機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速（ srad/ ），eqv 為等效風(fēng)速（ sm/ ）； ? —— 槳距角（ deg ）； PC —— 風(fēng)能利用系數(shù)，是葉尖速比 ? 和葉片槳距角 ? 的函數(shù)；對(duì)于給定的風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)， PC 的表達(dá)式是一定的。變槳距系統(tǒng)由風(fēng)速低頻分量和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，風(fēng)速的高頻分量產(chǎn)生的機(jī)械能波動(dòng)，通過迅速改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來進(jìn)行平衡，即通過轉(zhuǎn)子電流控制器對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行控制，當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，允許發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，將瞬變的風(fēng)能以風(fēng)輪動(dòng)能的形式儲(chǔ)存起來；轉(zhuǎn)速降低時(shí)，再將動(dòng)能釋放出來，使功率曲線達(dá)到理想的狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)速從 0增加到 1500 minr 時(shí)，節(jié)距角給定值從 45176。 IaIbIc 圖 46 低壓電流 輸出 及參數(shù)設(shè)置 圖 47 低壓母線相電流輸出 及仿真結(jié)果 變槳距控制系統(tǒng)模擬仿真分析 通過控制槳距角的大小的改變就可以控制葉片吸收風(fēng)功率的多少，槳距角的調(diào)節(jié)可以使發(fā)電機(jī)輸出功率平穩(wěn)。 額定風(fēng)速之后的機(jī)組狀態(tài)控制主要由槳距角調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。并網(wǎng)后的功率輸出逐漸趨于穩(wěn)定，這時(shí)的電壓曲線呈正弦曲線形狀變化，向電網(wǎng)輸送額定功率。 10 minr 內(nèi)持續(xù) 1s 發(fā) 電機(jī)將切入電網(wǎng)。 基于 PSCAD 風(fēng)力機(jī)模型與仿真 基于 PSCAD 的風(fēng)力機(jī)模型如下： 圖 210 風(fēng)力機(jī)簡(jiǎn)化模型 基于上面的原理及理論公式，仿真結(jié)果如下： 圖 211 風(fēng)輪機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出及參數(shù)設(shè)置 圖 212 風(fēng)輪機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩 模擬仿真結(jié)果 圖 213 風(fēng)輪機(jī)機(jī)械功率輸出及參數(shù)設(shè)置 圖 214 風(fēng)輪機(jī)機(jī)械功率 模擬仿真結(jié)果 由上述兩圖曲線可知，風(fēng)輪機(jī)的 輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率都是標(biāo)幺值，則它們的曲線是完全一致的， 在 0~3s 時(shí)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(dá)到穩(wěn)定， 由于又突然受到在 3s 與 4s 分別受到陣行風(fēng)與漸變風(fēng)的影響，從而使波形在這兩個(gè)時(shí)間有的突變，之后繼續(xù)達(dá)到穩(wěn)定。傳動(dòng)裝置主要包括輪轂、齒輪箱和傳動(dòng)軸，起連接和傳動(dòng)作用。 風(fēng)速模型 通常用四種成分的風(fēng)速來模擬實(shí)際風(fēng)速：基本風(fēng) wbv 、陣風(fēng) wgv 、漸變風(fēng)和隨機(jī)風(fēng)。 （ 2）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(dòng)能，因此可以推導(dǎo)出氣流在單位時(shí)間內(nèi)垂直流過單位截面積的風(fēng)能，即風(fēng)能密度，表示如下： v??? (11) 式中 , ? —— 風(fēng)能密度 ( 2/mW )， 是描述一個(gè)地方風(fēng)能潛力的最方便最有價(jià)值的量 ； ? —— 空氣密度 ( 3/mkg )； v —— 風(fēng)速 ( sm/ )。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)。 風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn) 風(fēng)力發(fā)電具有以下特點(diǎn)： ① 可再生的潔凈能源； ② 建設(shè)周期短，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)； ③ 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； ④ 造價(jià)低，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，實(shí)際占地面積??； ⑤ 發(fā)電方式多樣化， 既可并網(wǎng)運(yùn)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(jī)組形成互補(bǔ)系統(tǒng)，還可以獨(dú)立運(yùn)行； ⑥ 單機(jī)容量小 2 風(fēng)能及風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)模型的建立 風(fēng)頻模型 風(fēng)速具有明顯的隨機(jī)性和間歇性。 ② 陣風(fēng)： smv /2max ? ， sTIG 3? ， sTG 1? ，數(shù)量為 1。 ]6[ 對(duì)比? ?vP ,? 和 ? ?vT ,? 曲線，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng) T 達(dá)到最大時(shí)， P 并沒有達(dá)到最大，具體而言，就是最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速值要大于最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的轉(zhuǎn)速值。 （ 2）變距控制 變距控制系統(tǒng)是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，如圖 29 所示。在達(dá)到額定值前，速度給定值隨功率給定值按比例增加。 變槳距控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要采用 PI 控制器，根據(jù)發(fā)電機(jī)有功功率輸出和風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速反饋來調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距。利用風(fēng)力發(fā)電樣例系統(tǒng)來驗(yàn)證控制系統(tǒng)的可用性，并對(duì)各種仿真曲線進(jìn)行分析，從而得出結(jié)論。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。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