風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-24 16:50 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ），為等效風(fēng)速（）；——槳距角（）； ——風(fēng)能利用系數(shù)，是葉尖速比和葉片槳距角的函數(shù)；對于給定的風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)，的表達(dá)式是一定的。一種變槳距風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率系數(shù)： （210）風(fēng)力機(jī)獲得轉(zhuǎn)矩為： （211）定義為轉(zhuǎn)矩系數(shù)， （212）注：由推出 （213）① 對于給定的葉片槳距角，不同的葉尖速比所對應(yīng)的值相差較大；② 對于給定的，有且僅有一個(gè)固定的能使達(dá)到最大值；③ 在風(fēng)速不斷變化的情況下,要保持、必須隨著風(fēng)速按照的比例變化，才能保證風(fēng)力機(jī)捕獲的風(fēng)能最大、效率最高。這是采用變速風(fēng)電機(jī)組代替固定轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組的初衷之一。圖27 風(fēng)機(jī)特性曲線對于變槳距型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，特性可近似表示為： （214） 式中，為葉片設(shè)計(jì)常數(shù)，一般取1~3。 風(fēng)力機(jī)的穩(wěn)定工作區(qū)空間曲面雖然能包含風(fēng)力機(jī)運(yùn)行的所有狀態(tài)點(diǎn)，但是對于分析不太方便，所以在實(shí)際應(yīng)用中多是取幾個(gè)離散的值，畫出平面圖的方法，如下圖所示，取6組值，繪制如下：圖28 風(fēng)力機(jī)穩(wěn)定工作區(qū)曲線圖在曲線中，以轉(zhuǎn)矩的最大值為頂點(diǎn)連成的一條線AB，將曲線簇分成了兩部分，其中右側(cè)為穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，左側(cè)部分為不穩(wěn)定工作區(qū)域。對比和曲線，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)達(dá)到最大時(shí)，并沒有達(dá)到最大，具體而言，就是最大功率點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速值要大于最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的轉(zhuǎn)速值。如圖26所示，曲線CD是由最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的連線而成的，曲線EF則是由最大功率點(diǎn)的連線而成。這樣一來，在曲線簇中，CD曲線和EF曲線之間的部分也是穩(wěn)定區(qū)域。 基于葉素理論的風(fēng)力機(jī)建?；谌~素理論的風(fēng)輪建模是將葉片分為若干個(gè)微元，稱為葉素，通過對葉素的受力分析求得微元轉(zhuǎn)矩，再將所有微元轉(zhuǎn)矩相加得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩，在風(fēng)輪半徑處取一長度為的葉素，其弦長為，節(jié)距角為。圖29 葉素微元受力分析圖 如上圖所示，來流方向的風(fēng)速為，在半徑為處的風(fēng)輪機(jī)速度為（為風(fēng)輪機(jī)角速度），氣流相對于葉片的相對速度為，則有： （215） 葉素 在相對速度為的氣流作用下，受到一個(gè)方向斜向上的氣動(dòng)力的作用。將沿與相對速度垂直及水平方向可分解為升力和阻力，當(dāng)很小時(shí)，可以近似的將葉素面積看成弦長與葉素長度的乘積，可得如下計(jì)算公式： （216）氣動(dòng)力按垂直和平行于旋轉(zhuǎn)平面方向分解為法向力和切向力，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩由切向力產(chǎn)生，則有轉(zhuǎn)矩微元： （217） 令，得總轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式： （218）式中， ——輪轂半徑； ——風(fēng)輪包含的槳葉個(gè)數(shù)； ——傾斜角(槳距角與攻角之和)。 上式為基于葉素理論的風(fēng)輪模型函數(shù)，可以寫為如下形式：，即風(fēng)輪輸出轉(zhuǎn)矩為風(fēng)速，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，槳距角的函數(shù)。 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。3 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)模型 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組根據(jù)變距系統(tǒng)所起的作用可分為三種運(yùn)行狀態(tài)，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)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）。由于變槳距系統(tǒng)的響
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