【文章內(nèi)容簡介】 的電氣損耗。 ：● 恒穩(wěn)態(tài)● 一階● 二階● 四階。一階模型將一個一階滯后引入了滑差（s）和等效轉(zhuǎn)子電阻之間的聯(lián)系中，所采用的瞬時短路時間常數(shù)由下式給出： 其中，是電網(wǎng)角頻率。二階模型將發(fā)電機作為一個電壓源落后一個暫態(tài)電抗，忽略了暫態(tài)定子流量： 其中和分別是定子電流和出口電壓。轉(zhuǎn)子磁鏈的動態(tài)方程可寫為： 其中s 是組合滑差速度（發(fā)電為正），轉(zhuǎn)子電流，根據(jù)感應(yīng)電壓應(yīng)用 上式可重寫為： 其中 四階模型是發(fā)電機在dq軸的表示，用Park變換將發(fā)電機的三相繞組等效成正交的兩相繞組。應(yīng)用復(fù)數(shù)記法來表示電流和電壓的直軸與交軸的合成作為單個復(fù)數(shù)的實部和虛部，可以得到：其中所有的電壓和電流都是復(fù)數(shù)。當(dāng)仿真速度要比精確度更重要，可以用到其中的一個低階模型。4階模型用在較高的精確度要求的情況下，盡管在許多情況下低階模型給出了相似的結(jié)果。然而，低階模型并不能給出啟動瞬時的精確表示。 變速發(fā)電機這一模型應(yīng)當(dāng)被用在帶有頻率轉(zhuǎn)換器的變速發(fā)電機依據(jù)電網(wǎng)頻率解耦發(fā)電機轉(zhuǎn)速。包括發(fā)電機和頻率轉(zhuǎn)換器的變速驅(qū)動可以整體仿真?，F(xiàn)代變速驅(qū)動可以接受一個轉(zhuǎn)矩命令并在很短的時間內(nèi)響應(yīng)它給出發(fā)電機空隙處所需轉(zhuǎn)矩，無關(guān)于發(fā)電機轉(zhuǎn)速（只要它是在設(shè)定范圍內(nèi)）。一階滯后模型提供下面的響應(yīng)： 其中是命令轉(zhuǎn)矩，是氣隙轉(zhuǎn)矩， 是一階滯后模型的時間常數(shù)。注意，一個小的時間常數(shù)的應(yīng)用可以導(dǎo)致一個較低的仿真。如果時間常數(shù)非常小，設(shè)定其為0則可加速仿真，而對精確度沒有影響。變速發(fā)電機要求一個控制器來發(fā)出適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩命令，以使發(fā)電機的轉(zhuǎn)速得以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。Bladed所采用的控制模型的詳細(xì)情況見第5章。最小和最大發(fā)電機轉(zhuǎn)矩必須設(shè)定。如果設(shè)定一個負(fù)的最小轉(zhuǎn)矩則空轉(zhuǎn)就會發(fā)生。假設(shè)流入電網(wǎng)的有功功率和無功功率以與轉(zhuǎn)矩相同的時間常數(shù)控制，電流與電壓之間的相角，功率因數(shù)便可設(shè)定，頻率轉(zhuǎn)換控制器則用來維持恒功率因數(shù)。提供驅(qū)動鏈阻尼反饋的選項。這表示附加功能可以用在頻率轉(zhuǎn)換控制器上，只要從測量的發(fā)電機轉(zhuǎn)速上加一個條件驅(qū)動到引入的轉(zhuǎn)矩命令上即可。這個條件是作為作用在測量速度上的轉(zhuǎn)移函數(shù)而定義的。轉(zhuǎn)移函數(shù)是拉普拉斯運算的一個比率多項式。因此氣隙轉(zhuǎn)矩的等式為 其中Num(s) 和Den(s)是多項式。轉(zhuǎn)移函數(shù)通常是一些調(diào)諧帶通濾波器設(shè)計來為驅(qū)動鏈扭力振動提供阻尼的，在變速運行情況下可能阻尼比較小，有時會造成嚴(yán)重的齒輪箱載荷。 變滑差率發(fā)電機變滑差率發(fā)電機實質(zhì)上是轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)電抗的感應(yīng)電機。低于額定功率時，它與恒速感應(yīng)電機相同。 超過額定值，變滑差率發(fā)電機使用一個快速轉(zhuǎn)換控制器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流和氣隙轉(zhuǎn)矩，因此雖然有速度限制范圍，發(fā)電機的實際行為類似于變速系統(tǒng)。與變速系統(tǒng)相同的參數(shù)必須提供，相角除外因為功率因數(shù)控制在此種情況下不被采用。 可以采用變滑差發(fā)電機的完美的電氣模型。，轉(zhuǎn)子電流控制器被模擬作為連續(xù)時間PI控制器調(diào)節(jié)定義的限制范圍之間的轉(zhuǎn)子阻抗（綜合限制降低），相應(yīng)實際值與要求轉(zhuǎn)子電流之間的差值。轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流之間的穩(wěn)態(tài)聯(lián)系在仿真的開始就可以計算，因此轉(zhuǎn)矩命令可以被轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子電流命令。 —轉(zhuǎn)子電流控制器 驅(qū)動鏈裝備 如果需要，扭轉(zhuǎn)擾性可以指定在齒輪箱裝置上或者塔架頂部的托盤與臺板之間。這一選項只有在確定剛性或柔性驅(qū)動鏈之后才被允許，且它加了一個額外的旋轉(zhuǎn)自由度。 在每一種情況下，假設(shè)考慮到轉(zhuǎn)軸，伴隨著旋轉(zhuǎn)軸都可以確定裝置的扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼。關(guān)于低速軸的運動部分的慣性力矩必須指定。在柔性齒輪箱裝備里，這是齒輪箱的慣性力矩。在柔性托盤裝備里，它是齒輪箱、發(fā)電機定子、運動托盤和其他部分的慣性力矩。 如果裝置的每一種形式都被指定，發(fā)動機軸的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒂绊懸恍﹥?nèi)部驅(qū)動鏈載荷。如果低速軸和高速軸旋轉(zhuǎn)方向相反，則在驅(qū)動鏈模型中指定一個負(fù)的齒輪箱比率值。低速軸與高速軸之間的偏移量的影響可以忽略。 任何軸制動都被假設(shè)嚴(yán)格設(shè)置在托盤上。因此制動盤的任何運動都會停止轉(zhuǎn)動這有賴于驅(qū)動鏈裝備的類型及低速或高速軸上的制動的位置。例如，如果有一個軟的托盤裝置，即時軸是剛性的在制動盤停止后依然會有風(fēng)輪的振蕩。 類似于柔性軸驅(qū)動鏈模型的情況，應(yīng)當(dāng)指出當(dāng)柔性裝置的仿真效果在載荷預(yù)測中提供較精確值時，對于所造成的驅(qū)動鏈振蕩模型的一種或兩種有可能產(chǎn)生相當(dāng)高的頻率，這有賴于不同的慣性力矩和軸與裝置的硬度。高頻率模型可導(dǎo)致較低的仿真。 能量損耗 動力傳動能量損耗是作為發(fā)動機（包括變速發(fā)電機情況下的頻率轉(zhuǎn)換器）機械損耗和電氣損耗的組合來仿真的。 在齒輪箱和/或軸承上的機械損耗是作為轉(zhuǎn)矩?fù)p耗或功率損耗來仿真的，它可以計算，也可以線性插入查詢表格。這是一個相對于轉(zhuǎn)速、齒輪箱轉(zhuǎn)矩和軸功率的查詢表格，或者是一個相對于轉(zhuǎn)速和軸轉(zhuǎn)矩或軸功率的二維查詢表格。如果在第轉(zhuǎn)速或者0轉(zhuǎn)速執(zhí)行計算則機械損耗依據(jù)功率仿真并不適合，例如，開始、停止、空轉(zhuǎn)和停車計算時。在這些情況下，根據(jù)轉(zhuǎn)矩可以更好的表達(dá)出損耗。 電氣損耗可以由兩種方法中的一種指定：線性方法：這要求一個空載損耗和效率，電功率輸出與發(fā)電機軸輸入功率有關(guān)，方程式如下： 查詢表格：功率損耗是作為發(fā)電機軸輸入功率函數(shù)通過一個查詢表定義的。電功率輸出由下式給出： 線性插值用在查詢表格的點之間。注意如果應(yīng)用一個完美的發(fā)電機的電氣模型，這種形式的額外的電氣損耗不能指定，因為發(fā)電機模型已經(jīng)包括所有的電氣損耗。 電力網(wǎng)絡(luò) 用到所提供的感應(yīng)電機的詳細(xì)的電氣模型或者變速發(fā)電機模型，因此可以計算電力電流和電壓，無功功率及有功功率，發(fā)電機接入的電網(wǎng)的特性也可以得到。因為允許電壓振蕩，所以電網(wǎng)不同點的閃爍可以計算，在直接連接感應(yīng)電機的情況下，網(wǎng)絡(luò)的存在可能影響發(fā)電機的動態(tài)相應(yīng)特別是在弱電網(wǎng)中。 網(wǎng)絡(luò)仿真是作為一個有定義阻抗的普通耦合點的連接及連接到初始母線的同樣帶有定義阻抗的深入連接。增進(jìn)發(fā)電機可以被連接在普通耦合點。這些額外的發(fā)電機每一個都是假設(shè)與被仿真的發(fā)電機是相同的，包括普通耦合點的連接阻抗。然而對他們的仿真及仿真中的電流和相角常量作為靜態(tài)要超過其動態(tài)。初始條件的計算要假設(shè)所有的發(fā)電機處于完全相同的狀態(tài)，‘其他’的發(fā)電機也要始終維持相同的狀態(tài)。由于所有處于普通耦合點的發(fā)電機則在計算發(fā)電機的用于仿真的性能時要考慮穩(wěn)態(tài)電壓增長。 網(wǎng)絡(luò)模型5 閉環(huán)控制 引言 對于變速發(fā)電機，閉環(huán)控制可以被用于發(fā)電機的正常運行中以控制葉片槳距角和轉(zhuǎn)速。以下提供了四種不同的控制方式：1. 恒速失速調(diào)節(jié)。發(fā)電機直接連接到恒頻率電網(wǎng)上，在正常功率生產(chǎn)期間沒有主動的空氣動力控制。2. 恒速變槳距調(diào)節(jié)。發(fā)電機直接連接到恒頻率電網(wǎng)上，變槳距控制在高風(fēng)速時用于調(diào)節(jié)功率。3. 變速失速調(diào)節(jié)。頻率轉(zhuǎn)換器耦合發(fā)電機與電網(wǎng)，允許通過控制發(fā)電機的反作用力矩來改變轉(zhuǎn)速。在高風(fēng)速時，速度控制裝置用來降低風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速直到空氣動力失速限制功率到要求的水平。4. 變速變槳距調(diào)節(jié)。頻率轉(zhuǎn)換器耦合發(fā)電機與電網(wǎng)，允許通過控制發(fā)電機的反作用力矩來改變轉(zhuǎn)速。在高風(fēng)速時，轉(zhuǎn)矩被保持在額定水平，變槳距控制用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)送及功率。對于恒速失速調(diào)節(jié)的發(fā)電機來說當(dāng)沒有控制作用時便沒有參數(shù)需要定義。在控制作用的其他情況中將確定發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)運行點及其動態(tài)相應(yīng)。對于穩(wěn)態(tài)運行計算它只需要指定那些定義發(fā)電機運行曲線的參數(shù)即可。對于動態(tài)計算增強參數(shù)用于定義閉環(huán)控制的動態(tài)特性。所要求的參數(shù)在以下部分會更進(jìn)一步定義。注意所有的閉環(huán)控制數(shù)據(jù)都是相對于高速軸定義的。 恒速變槳距調(diào)節(jié)控制器 這種控制器適用于在高風(fēng)速時使用葉片變槳控制調(diào)節(jié)功率的直接聯(lián)網(wǎng)發(fā)電機。它適合全檔或者半檔變槳控制，以及像副翼這種空氣動力控制的其他形式。在后一種情況中，槳距角可以被拿去引證副翼的展開角。 從最適宜的位置，葉片可以在任意方向上變槳以降低空氣動力轉(zhuǎn)矩。如果選擇順槳槳距方式，葉片變槳距部分在風(fēng)速（及功率）提高時轉(zhuǎn)動以降低其沖擊角。如果選擇失速變槳方式，當(dāng)風(fēng)速提高時它向相反的方向轉(zhuǎn)動以使葉片失速。在順槳情況下，最小槳距角定義變槳距設(shè)定在額定值之下，而在失速情況下最大槳距角被用在額定值之下，變槳距降低到額定值之上的最小值（通常是一個負(fù)的槳距角）。 顯示了用于仿真的恒速變槳距調(diào)節(jié)控制環(huán)的基本元素。 為了定義穩(wěn)態(tài)運行曲線，必須定義功率置位點和最大最小槳距角設(shè)置，及上面所描述的變槳距的方向。為了獲得任何給定穩(wěn)態(tài)風(fēng)速的職位點功率 可以計算修正槳距角。 動態(tài)參數(shù) 為了計算控制環(huán)的動態(tài)行為，必須指定功率傳感器和變槳執(zhí)行元件的動態(tài)響應(yīng)，以及控制器用來計算響應(yīng)測量功率信號的變槳命令采用的實際運算法則。 變速失速調(diào)節(jié)控制器 控制器模型適合于變速發(fā)電機，這種發(fā)電機使用一個頻率轉(zhuǎn)換器從電網(wǎng)的恒頻中解耦發(fā)電機轉(zhuǎn)速，超過額定風(fēng)速時不使用變槳控制來限制功率。相反，在高風(fēng)速時控制發(fā)動機反作用力矩以降低轉(zhuǎn)速直至失速。 穩(wěn)態(tài)參數(shù) 。穩(wěn)態(tài)允許的速度范圍是S1到S2。低風(fēng)速時通過跟隨相應(yīng)的運行在最大功率因數(shù)的常數(shù)葉尖速比載荷線可以捕獲最大風(fēng)能。載荷線是轉(zhuǎn)矩速度平面內(nèi)的二次曲線。可以指定一個查詢表格。如果有最大允許運行速度S1出現(xiàn)，則不再跟隨低風(fēng)速下的曲線，風(fēng)機沿圖中的AB曲線以恒速運行。類似于在高風(fēng)速時，一旦達(dá)到最大運行速度S4，通過沿GH曲線以恒速運行離開最有載荷線再次成為必須。一旦最大功率達(dá)到H點，必須沿恒功率曲線HI降低風(fēng)輪轉(zhuǎn)速至失速。如果運行高旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)然對于GH曲線崩潰是可能的以至于使恒功率曲線和恒葉尖速比曲線相交于J點。穩(wěn)態(tài)運行曲線需要指定的參數(shù)如下：● 最小速度，S1● 在恒葉尖速比模型中的最大速度，S4● 最大穩(wěn)態(tài)運行速度。通常是S4，但是在發(fā)電機特性為以下情況時會變高，即當(dāng)風(fēng)速增大時，以上額定運行點從H移動到I點，然后又降回到H點，然后在非常高的風(fēng)速上繼續(xù)（朝J點方向）。然而這并不是我們希望的情形，因為在非常高的風(fēng)速時如果旋轉(zhuǎn)速度超過S4，則沒有理由不增長到S4且運行低風(fēng)速時相同高的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速?！?相應(yīng)于曲線 HI，以上額定功率置位點。這是根據(jù)軸功率定義的。當(dāng)然如果電氣損耗也進(jìn)行仿真的話電氣功率將會降低?！?參數(shù)用來定義曲線BQ的恒葉尖速比。由下式給出： 其中：是空氣密度 R：是風(fēng)輪半徑 ：是所要得到的葉尖速比 ：是葉尖速比的功率因數(shù) G: 齒輪箱比率當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)矩命令設(shè)定成時其中是測得的發(fā)電機轉(zhuǎn)速，這確保在穩(wěn)態(tài)時風(fēng)機將維持葉尖速比及相應(yīng)的功率因數(shù)。注意動力傳動損耗隨著旋轉(zhuǎn)速度而變化，在此情況下最優(yōu)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速不會導(dǎo)致最大空氣動力功率因數(shù)。 參數(shù)可選，查詢表可以被指定給出發(fā)電機轉(zhuǎn)矩作為速度函數(shù)。 要計算控制環(huán)的動態(tài)行為，必須指定功率與速度傳感器的動態(tài)相應(yīng)，以及控制器用來計算響應(yīng)測量功率和速度信號的發(fā)電機轉(zhuǎn)矩命令采用的實際運算法則。 發(fā)電機轉(zhuǎn)矩控制可以應(yīng)用兩個閉環(huán)控制環(huán)。內(nèi)控制環(huán)用發(fā)電機速度誤差函數(shù)計算發(fā)電機轉(zhuǎn)矩命令，而外控制環(huán)則用功率誤差函數(shù)計算發(fā)電機速度命令。兩個控制環(huán)都采用PI控制器。 低于額定值時，速度置位點在S1到S4之間轉(zhuǎn)換。低風(fēng)速時在S1，轉(zhuǎn)矩命令輸出受最優(yōu)葉尖速比曲線BG所給出的最大值的限制。這使得運行點追蹤軌跡ABG。在較高風(fēng)速時，職位點變化到S4 ，轉(zhuǎn)矩命令輸出受最優(yōu)葉尖速比曲線所給出的最小值限制，使得運行點追蹤軌跡BGH。一旦轉(zhuǎn)矩達(dá)到QR，外控制環(huán)就會使速度置位點沿HI降低，內(nèi)控制環(huán)則追蹤變化的速度命令。 變速變槳距調(diào)節(jié)控制器 這個控制器模型適于變速發(fā)電機，這種發(fā)電機使用一個頻率轉(zhuǎn)換器從電網(wǎng)的恒頻中解耦發(fā)電機轉(zhuǎn)速，超過額定風(fēng)速時使用變槳控制來限制功率。 穩(wěn)態(tài)參數(shù) 。低于額定值時，即從A點到H點。而超過額定值時，調(diào)解葉片槳距來維持所選擇的運行點，指定的L點。槳距的變化改變了恒定風(fēng)速曲線，迫使他們穿過所期望的運行點。一旦額定轉(zhuǎn)矩到達(dá)H點，對于所有較高風(fēng)速轉(zhuǎn)矩命令就會保持一個恒定值，槳距控制調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。運行H點（轉(zhuǎn)矩所達(dá)到的最大點）和L點（變槳控制開始點）之間存在小的（最優(yōu)的）差值以防止低于額定控制模式和超過額定控制模式之間的額外的模式轉(zhuǎn)換。然而，可以不要求此差值，在此情況下H點和L點是一致的。與失速調(diào)節(jié)控制器相似，如果需要GH曲線可以瓦解而變成一個點。穩(wěn)態(tài)運行曲線需要指定的參數(shù)如下：● 最小速度，S1● 在恒葉尖速比模型中的最大速度，S4● 超過額定值的速度置位點（S5）?？赡芘cS4相同?！?穩(wěn)態(tài)運行速度最大值。正常與S5相同?！?超過額定轉(zhuǎn)矩置位點，QR。● 參數(shù)用來定義曲線BG的恒葉尖速比或者查詢表。 動態(tài)參數(shù) 要計算控制環(huán)的動態(tài)行為，必須指定速度傳感器與變槳距執(zhí)行元件的動態(tài)相應(yīng)，以及控制器用來計算響應(yīng)測量速度信號的變槳距和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩命令采用的實際運算法則。 。低于額定值時轉(zhuǎn)矩命令環(huán)起作用，超過額定值時變槳距命令環(huán)起作用。低于額定值時，速度置位點在S1到S4之間轉(zhuǎn)換。低風(fēng)速時在S1，轉(zhuǎn)矩命令輸出受最優(yōu)葉尖速比曲線BG所給出的最大值的限制。這使得運行點追蹤軌跡ABG。在較高風(fēng)速時，職位點變化到S4 ，轉(zhuǎn)矩命令輸出受最優(yōu)葉尖速比曲線所給出的最小值限制，使得運行點追蹤軌跡BGH，和QR的最大值。當(dāng)達(dá)到H點時轉(zhuǎn)矩維持常熟，當(dāng)速度超過S5 時變槳控制環(huán)開始起作用。 傳感器模型 Bladed提供一階滯后模型來表示功率傳感器和發(fā)電機速度傳感器的動態(tài)特性。一階滯后模型表示如下： 其中x是輸入，y是輸出。輸入的是實際功率或速度，輸出是測量的功率或速度，同時作為控制器的輸入。 模擬變