【正文】 和外設、傳感器來的脈沖及比較所選的操作參數備份系統工作表，接著就正式起運。當風速較低時，風輪轉差調到很小(1%)，轉速在同步速附近；當風速高于額定風速時，電機轉差要調整到很大（10%），使葉尖速比得到優(yōu)化，使功率曲線達到理想的狀態(tài)。如圖24所示是理想風輪機的功率曲線。在大小發(fā)電機軟切換控制過程中必須慎重處理。 變速風力發(fā)電機的控制策略[9]上面的風輪機直接由追求值最優(yōu)進入功率最大的限制，調整的范圍和靈敏度很有限。（1） 起動狀態(tài)變槳距風輪的槳葉在靜止時，節(jié)距角為90176。如圖28所示，當風力發(fā)電機組并入電網前，由速度控制器A給出；當風力發(fā)電機組并入電網后由速度控制B給出。如圖211所示，速度控制器B受發(fā)電機轉速和風速的雙重控制。當功率變化即轉子電流變化時，PI調節(jié)器迅速調整轉子電阻，使轉子電流跟蹤給定值，如果從主控制器傳出的電流給定值是恒定的，它將保持轉子電流恒定，從而使功率輸出保持不變。方向轉動，直到氣流對槳葉產生一定的攻角后風輪才起動。 風速 所以 當時 　　 當時 當時 圖32 陣行風隨時間變化曲線圖在分析風電系統對電壓波動的影響時，通常用陣性風來考核較大的風速變化時的電壓波動的特性。 發(fā)電機控制選擇器參數(1)轉子轉速控制參數輸入同步轉速（標幺值）的99%。圖45 風輪機機械功率輸出及參數設置圖46 風輪機機械功率模擬仿真結果 異步發(fā)電機模擬仿真分析（1）異步發(fā)電機的輸出量有有功功率、無功功率、機械轉矩、電磁轉矩和發(fā)電機的轉速，異步發(fā)電機的輸出參數如圖47所示。并網后的功率輸出逐漸趨于穩(wěn)定，這時的電壓曲線呈正弦曲線形狀變化，向電網輸送額定功率。圖424 低于額定風速時異步發(fā)電機轉速控制模擬仿真結果發(fā)電機也可以在起動前給定一個起動轉速，使發(fā)電機在并網前正常起動。圖413 異步發(fā)電機機械轉矩輸出及參數設置異步發(fā)電機機械轉矩仿真結果圖414 異步發(fā)電機機械轉矩模擬仿真結果異步發(fā)電機轉速仿真結果分析在0~，發(fā)電機由轉速控制，因此這段時間它的輸出機械轉矩為零，再繼續(xù)達到穩(wěn)定，由于異步電機各參量正方向在PSCAD軟件是按電動機定義的，因此在發(fā)電機狀態(tài)時它的輸出機械轉矩為負值。所示說，用以上的四個風的分量在一定的程度上是可以大體的描述風的波形，但在一些細節(jié)上還需要進一步修正，所以它的使用范圍是有限的，只是可以用在一些要求的精確程度不高的模型的仿真。圖311 風輪機輸入參數 齒輪箱速比控制模型齒輪箱的功能是把風輪機輸入的低轉速變成高轉速輸出給發(fā)電機，其轉速比也是指齒輪的變比，即低速齒輪與高速齒輪的齒數比。（1）基本風基本風可以由風電場測量所得的威布爾分布參數近似確定　　　　　　　　　　　　?。?1）式中 ——表示威布爾分布尺度參數和形狀參數； ——伽馬函數。（4）時鐘脈沖CNT控制參數：時鐘脈沖控制是由一個時間信號模型與一個單信號輸入比較儀組成，其功能是當輸入時間信號低于所設域值時，輸出Low output level 通道所設值，當輸入時間信號高于所設域值時，輸出High output level 通道所設值。如果功率低于額定功率值，這一控制環(huán)將通過改變轉差率，進而改變槳葉節(jié)距角，使風輪獲得最大功率。當轉速從0增加到1500時，節(jié)距角給定值從45176。變槳距系統由風速低頻分量和發(fā)電機轉速控制，風速的高頻分量產生的機械能波動，通過迅速改變發(fā)電機的轉速來進行平衡，即通過轉子電流控制器對發(fā)電機轉差率進行控制，當風速高于額定風速時，允許發(fā)電機轉速升高，將瞬變的風能以風輪動能的形式儲存起來；轉速降低時，再將動能釋放出來，使功率曲線達到理想的狀態(tài)?？刂葡到y負責控制和轉子電流相角。風速變化頻繁幅度大的狀況出現時將引起風機槳距調節(jié)機構頻繁動作。定槳矩風機的功角一般設定在0176。由圖中可見，對于同一個值風輪機可能運行在A和B兩個點，它們分別對應于風輪機的高風速運行區(qū)和低風速運行區(qū)，當風速發(fā)生變化時風輪機的運行點將要發(fā)生變化。根據給定的速度參考值調整節(jié)距角，進行所謂的速度控制。風力發(fā)電機組塔架內的懸掛電纜只允許扭轉177。停機后待風速降低到大風開機風速時風力發(fā)電機組又可自動并入電網運行。偏轉90度對風控制：機組在大風速或超轉速工作時→降低風力發(fā)電機組的功率→安全停機。往往不是控制系統功能而是它的可靠性直接影響風力發(fā)電機組的聲譽。單位為KW；也有用視在功率表示的單位為KVA。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。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。目前世界各國所采用的調速裝置主要有以下幾種：可變漿距的調速裝置；定漿距葉尖失速控制的調速裝置；離心飛球調速裝置；空氣動力調速裝置；扭頭、仰頭調速裝置。由于風輪機工作在低轉速下，而發(fā)電機工作在高轉速下，為實現匹配采用增速齒輪箱。 風力發(fā)電機的結構與組成 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。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?？諝饬鲃拥膭幽茏饔迷谌~輪上，將動能轉換成機械能，從而推動片葉旋轉，如果將葉輪的轉軸與發(fā)電機的轉軸相連就會帶動發(fā)電機發(fā)出電來。由于本人的理論水平及實踐經驗所限、編寫時間倉促，書中錯誤疏漏之處難免，敬請老師不咎指正。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。 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。 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。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。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。使用齒輪箱可以將風電機轉子上的較低轉速、較高轉矩轉換為用于發(fā)電機上的較高轉速、較低轉矩。（9）調向（偏航）裝置調向裝置就是使風輪正常運轉時一直使風輪對準風向的裝置。風吹到葉片上所做的功是將風的動能轉化為葉片轉動的機械能，則有 。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。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。有的風力發(fā)電機組控制系統的功能很強,但由于工作不可靠,經常出故障,而出現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可能發(fā)揮不了它應有的作用?！?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90度控制→氣動剎車→脫網→停機。為了避免小風時發(fā)行頻繁開、停機現象在并網后10分內不能按風速自動停機。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。當轉速達到額定轉速后電機并入電網。在恒頻應用中，發(fā)電機轉速的變化只比同步轉速高百分之幾，但風速的變化范圍可以很寬。在不同風頻密度的地區(qū)可根據具體情況在安裝時予以調整，但必須充分考慮到對于風機失速點的影響。風機槳距調節(jié)機構對風速的反應有一定的時延，在陣風出現時槳距調節(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。也就是說，可以向電網提供無功，同時，調速系統調節(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。 變槳距控制系統（1）變槳距控制系統[10]在發(fā)電機并入電網時前，發(fā)電機轉速由速度控制器A根據發(fā)電機轉速反饋信號與給定信號直接控制；發(fā)電機并入電網后，速度控制B與功率控制器起作用。線性的減小到5176。（2）轉子電流控制器原理[8]轉子電流控制器由快速數字式PI控制器和一個等效變阻器構成。圖215 風輪機轉速控制模型 發(fā)電機轉速控制的模型（在發(fā)電機并網前）根據異步發(fā)電機輸出的機械轉矩和電磁轉矩利用發(fā)電機多參量模塊可以對發(fā)電機的轉速進行控制，其控制模型和參數如圖216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。如圖312所示為齒輪箱速比控制模型。圖42 綜合風速模型模擬仿真結果 風輪機模擬仿真分析圖43 風輪機機械轉矩輸出及參數設置圖44 風輪機機械轉矩模擬仿真結果（1）機械轉矩輸出及仿真結果如圖43和圖44所示。(6) 發(fā)電機電磁轉矩輸出及仿真結果分析電磁轉矩Te是反映發(fā)電機由機械能轉換成電能的一個重要參數，電磁轉矩Te等于機械功率Pm除以轉軸的角速度，即.發(fā)電機電磁轉矩模擬仿真結果分析在1s時發(fā)電機并網，因此發(fā)電機電磁轉矩在0～1s時為零，在并網后電磁轉矩開始下降，之后又開始上升，并逐漸達到穩(wěn)定。然后使用時間控制選擇器來選擇發(fā)電機使用轉速控制和轉矩控制的狀態(tài)，在發(fā)電機并入電網后，發(fā)電機的控制轉換為轉矩控制，從而帶動發(fā)電機轉子運動在略。圖415 異步發(fā)電機電磁轉矩輸出及參數設置異步發(fā)電機電磁轉矩仿真結果圖416 異步發(fā)電機電磁轉矩模擬仿真結果 風力發(fā)電機系統并網模擬仿真分析 (1) 發(fā)電機三相電壓輸出及仿真結果分析 圖417 異步發(fā)電機發(fā)電機三相電壓輸出及參數設置圖418 異步發(fā)電機發(fā)電機三相電壓模擬仿真結果圖419 高壓母線電壓模擬仿真結果異步發(fā)電機三相電壓模擬仿真結果分析如圖418所示,在發(fā)電機并入電網前低壓側電壓為0,在1S時發(fā)電機并入電網,電壓突然上升到接近于額定電壓,發(fā)電機向電網輸送功率。（3）仿真結果分析如圖43和圖44曲線所示，風輪機的輸出轉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時變槳距控制系統在調節(jié)槳葉節(jié)距使轉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。由于異步發(fā)電機具有結構簡單、價格便宜、堅固耐用、維修方便、啟動容易、并網簡單等特點，在大中型風力發(fā)電機組中得到廣泛應用。 風速 風速 表示在該時間段內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）；——出現陣性風的時間（起動時間s）；——陣性風的持續(xù)時間。當風速達到起動風速時槳葉向0176。在額定功率時，發(fā)電機的轉差率能夠從1%到10%（1515到1650）變化，相應的轉子平均電阻從0到100%變化。 （4）速度控制器B 發(fā)電機切入電網后，速度控制系統B作用。節(jié)距的給定參考值由控制器根據風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)給出。 變槳距風力發(fā)電機組控制系統模型框圖[2] 變槳距風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)變槳距風力發(fā)電機組根據變距系統所起的作用可分為三種運行狀態(tài)，即風力發(fā)電機組的起動狀態(tài)（轉速控制）、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，在失速點之前進行槳距調整，即便槳距調節(jié)機構來不及動作通過葉片的失速效應發(fā)揮作用也不會造成風機的瞬時過載。風機采用異步發(fā)電技術，存在功率流向的不確定性，發(fā)電機可能低于同步轉速運行，也可能工作在同步轉速之上。 由(22)式可知，風機整體設計和相應的運行控制策略應在追求最大的情況下進行相應的調整，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子電流控制器對電機轉差進行調整，從而調整風輪轉速。 控制系統主要參數（1）主要技術參數主發(fā)電機輸出功率（額定） 發(fā)電機最大輸出功率 工作風速范圍 額定風速 切入風速（1min平均值） 切出風速（1min平均值） 風輪轉速 發(fā)電機并網轉速 發(fā)電機輸出電壓 發(fā)電機發(fā)電頻率 并網最大沖擊電流（有效值） 電容補償后功率因數 （2）控制指標及效果方式 專用微控制器過載開關 自動對風偏差范圍 風力發(fā)電機組自動起、停機時間 系統測量精度 自動解纜時間 55min