【導(dǎo)讀】境問(wèn)題成為當(dāng)今世界所面臨的兩大重要課題。由能源問(wèn)題引發(fā)的危機(jī)以及日益突出的。的同學(xué)是有著十分重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義的，也是十分有必要的。進(jìn)入了大發(fā)展階段。隨著風(fēng)力發(fā)電容量的不斷增大，控制方式從基本單一的定槳距失。速控制向全槳葉變距控制和變速控制發(fā)展。前人在風(fēng)輪機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)原理和能量轉(zhuǎn)。行了一定的研究。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要控制是在起動(dòng)時(shí)對(duì)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的控制和并。網(wǎng)后對(duì)輸入功率的控制。機(jī)起動(dòng)與系統(tǒng)輸出功率穩(wěn)定的雙重要求。但由于對(duì)運(yùn)行工況的認(rèn)識(shí)不足，對(duì)變槳距控。電機(jī)組控制系統(tǒng)仿真方面作了初步的探究和研究。的安全可靠運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定機(jī)組輸出功率和優(yōu)化功率曲線的控制功能?？斓乃俣刃迯?fù)系統(tǒng)使之恢復(fù)正常工作。由于本人的理論水平及實(shí)。況，一個(gè)地方風(fēng)能潛力的多少要視該地常年平均風(fēng)能密度的大小。段時(shí)間內(nèi)的平均風(fēng)能密度，這個(gè)值可以將風(fēng)能密度公式對(duì)時(shí)間積分后平均來(lái)求得。

　　

【正文】 的機(jī)械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩利用發(fā)電機(jī)多參量模塊可以對(duì)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，其控制模型和參數(shù)如圖 216 所示。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳距控制系統(tǒng)模型 變槳距風(fēng)輪機(jī)的槳葉靜止時(shí)節(jié)距角為 90176。，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起動(dòng)風(fēng)速時(shí)槳葉向 0176。方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到氣流對(duì)槳葉產(chǎn)生一定的攻角后風(fēng)輪才起動(dòng)。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過(guò)額定風(fēng)速后，風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入額定功率狀態(tài)，將轉(zhuǎn)速控制切換為功率控制，變距系統(tǒng)開始根據(jù)發(fā)電機(jī)的功率信號(hào)進(jìn)行控制。功率反饋信號(hào)與額定功率進(jìn)行比較，功率超過(guò)額定功率時(shí)，槳葉節(jié)距向迎風(fēng)面積減少的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，反之則向迎風(fēng)面積增大的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。 (風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳距控制系統(tǒng)模型 圖見附錄 ) XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 31 圖 216 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的模型 及參數(shù) （ 1） 槳距角控制輸入量模型 根據(jù)控制選擇器來(lái)選擇異步發(fā)電機(jī)的有功功率反饋值或給定值為槳距角控制功率的輸入量。 （ 2） 槳距角控制功率的參照量（ Pref）模型 以發(fā)電機(jī)的額定功率作為 控制系統(tǒng)功率輸入的參照量，由實(shí)際值與其進(jìn)行比較，根據(jù)所得值的大小可以判斷功率輸出是否穩(wěn)定，從而可以通過(guò)改變槳距角進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。 XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 32 圖 217 槳距角控制輸入模型 圖 218 槳距角控制功率 的 參照量（ Pref） 模型 （ 3） 槳距角控制比例積分環(huán)節(jié)模型 由比例積分控制器將功率比較的差值轉(zhuǎn)換成角度參量。 圖 219 比例積分控制器模型 XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 33 圖 220 傳遞函數(shù) 1KS的參數(shù) 圖 221 節(jié)距限制的參數(shù) （ 4） 濾波器模型及參數(shù) 濾波器對(duì)比例積分器輸出的波形進(jìn)行修整，以便出現(xiàn)諧波分量對(duì)系統(tǒng)造成不良影 響。 圖 222 濾波器模型及參數(shù) （ 5）槳距角調(diào)整限制環(huán)節(jié)模型 圖 223 槳距角調(diào)整 限制 環(huán)節(jié) 模型 由槳距角輸出反饋值和經(jīng)濾波器濾波后的輸入值進(jìn)行比較后，輸入微分限制和微分器環(huán)節(jié)進(jìn)行整合后輸出。再與槳距角給定值進(jìn)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(jì)說(shuō)明書 34 槳距角。其各部分的參數(shù)如下所示。 圖 224 RATE LIMITER 微分限制 參數(shù) 圖 225 微分器環(huán)節(jié) 傳遞函數(shù) 4KS的參數(shù) 圖 226 槳距角的 角度限制參數(shù) 以上是對(duì)完整的風(fēng)力發(fā)電控制 系統(tǒng) 模型的建立過(guò)程 ,通過(guò)以上模型可以對(duì)風(fēng)力發(fā)XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 35 電機(jī)組進(jìn)行 相應(yīng)的 轉(zhuǎn)速 控制 和功率控制 ,使 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 運(yùn)行在 安全穩(wěn)定的 狀態(tài) 。 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(jī) 的 槳 葉上， 是 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原動(dòng)力 ， 為了能較準(zhǔn)確的描述自然界的風(fēng)能變化 的 特點(diǎn)，在工程上一般采用簡(jiǎn)化的四分量模型來(lái)模擬風(fēng)速隨時(shí)間變化的特征。 （ 1）基本風(fēng) wBV 基本風(fēng) 可以由風(fēng)電場(chǎng)測(cè)量所得的威布爾 分布參數(shù)近似確定 )/11( KAv wB ???? （ 31） 式中 A K? —— 表示威布爾分布尺度參數(shù)和形狀參數(shù) ； )(?? —— 伽馬函數(shù) 。 在實(shí)際與仿真時(shí)我們近似認(rèn)為 wBV 是一個(gè)不隨時(shí)間變化的分量，也就是取 wBV 為一個(gè)常數(shù)。 （ 2）陣行風(fēng) wGV wGV 用于表述風(fēng)速的突然變化，在三個(gè)時(shí)間段內(nèi)有不同的風(fēng)速，陣性風(fēng)變化過(guò)程如圖 32所示。 ○ 1 1G 0tT 風(fēng)速 wGV0? ○ 2 )( 11 GGG TTtT ??? 風(fēng)速 wG cosV V? cosV 表示在該時(shí)間段內(nèi)風(fēng)速變化具有 余 弦特性，其表達(dá)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(shí)間（ s） ； 1G T —— 出現(xiàn)陣性風(fēng)的時(shí)間 （起動(dòng)時(shí)間 s） ； GT —— 陣性風(fēng)的持續(xù)時(shí)間 。 ○ 3 1G+TGtT 風(fēng)速 wGV0? 所以 當(dāng) Gt=T 時(shí) cos 0V ? 當(dāng) 1G G/2 t=(T +T ) 時(shí) cos maxVV ? 當(dāng) 1G Gt=(T +T ) 時(shí) cos 0V ? XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 36 圖 32 陣行風(fēng)隨時(shí)間變化曲線圖 在分析風(fēng)電系統(tǒng)對(duì)電壓波動(dòng)的影響時(shí)，通常用陣性風(fēng)來(lái)考核較大的風(fēng)速變化時(shí)的電壓波動(dòng)的特性。 （ 3）漸變風(fēng) wRV wRV 用于 描述風(fēng)速的逐漸的變化 ， 在 四 個(gè)時(shí)間區(qū)段內(nèi)有不同風(fēng)速 ， 漸變風(fēng)變化過(guò)程 如圖 33 所示。 ○ 1 1R 0tT 風(fēng)速 wRV0? ○ 2 RR TtT 21 〈? 風(fēng)速 wRV rampV? rampV 表示在該時(shí)間區(qū)段內(nèi)風(fēng)速線性變化表達(dá)式 )1(212m a xRRRRra m p TT Ttvv ???? （ 33） 所以當(dāng) 1R t=T 時(shí) rampV = 0 當(dāng) 2R t=T 時(shí) 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(shí)間變化曲線圖 （ 4）隨機(jī)噪聲風(fēng) wNv XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 37 wNv 用以描述在指定的高度的風(fēng)速變化的隨機(jī)風(fēng)的特性，由許多諧波分量構(gòu)成，其表達(dá)式為 ? ??? ??? Nt iiiVwN sv 1 2/1 )c o s ()(2 ? （ 34） 式中 w? —— 隨機(jī)分布的離散間距 ； iw —— 第 I 個(gè)分量的角頻率 ， wiwi ??? )2/1( ； i? —— 第 I 個(gè)分量的初相角為 0~2Pi之間分布的隨機(jī)量 ； )( iv ws —— 第 I 個(gè)分量的振幅 。 ? ?3122 2 )/(1 2)( ??? i iNiv Fw wFKwS ?? （ 35） 式中 NK —— 地表摩擦系數(shù) ； F —— 攏動(dòng)范圍 m2； ? —— 相對(duì)高度的平均風(fēng)速（ m/s） 。 （ 5）綜合風(fēng)速表達(dá)式 wv 綜合風(fēng)速表達(dá)式即是對(duì)前面的四個(gè)分量風(fēng) 速 表達(dá)式 的 求和，其表達(dá)式如下 wNwRwGww vvvvv ???? B （ 36） 風(fēng)速模型的建立 VwESW i n d S o u r c eG u s tM e a nR a m pN o i s e Vw 圖 34 綜合風(fēng)速模型 （ 1） 外部風(fēng)速輸入控制 模型參數(shù) 外部風(fēng)速輸入控制模型 （如圖 35 所示） 是調(diào)節(jié)外加風(fēng)速的模型，它可以隨意調(diào)節(jié)切入風(fēng)速的大小。 (2)四種風(fēng)分量的參數(shù) ○ 1 基本風(fēng) Bv 輸入?yún)?shù) 在實(shí)際或仿真時(shí)基本風(fēng)被認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)，并且一般取平均值， ?Bv 9m/s ，如圖 36 所示。 XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 38 2525Es2 圖 35 外部風(fēng)速輸入控制模型及參數(shù) 圖 36 基本風(fēng) 輸入?yún)?shù) ○ 2 陣行風(fēng) WGv 輸入?yún)?shù) 陣行風(fēng) WGv 用于描述風(fēng)速的突然變化，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)可以給出其最大值?maxV 2m/s， 起始時(shí)間 3s，持續(xù)周期為 1s，陣性風(fēng)數(shù)量為 1個(gè) 。如圖 37 所示。 ○ 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(shí)際數(shù)據(jù)可以給出其最大值?maxV 2m/s，起始時(shí)間為 4s，持續(xù)周期為 1s，陣性風(fēng)數(shù)量為 個(gè)， 如圖 38 所示。 ○ 4 隨機(jī)噪聲風(fēng) vwN輸入?yún)?shù) XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 39 圖 37 陣行風(fēng)輸入?yún)?shù) 圖 38 漸變風(fēng)輸入?yún)?shù) 用于描述在指定高度風(fēng)速變化的隨機(jī)噪聲風(fēng)的特性是由許多諧波組成的， 根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)可以給出其 噪聲分量數(shù)為 50 個(gè)， 如圖 39 所示。 風(fēng)輪機(jī)模型的建立 風(fēng)輪機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)，也是主要區(qū)別于其他類型發(fā)電廠的關(guān)鍵地方 ，它是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置，通過(guò)吸收風(fēng)能，然后轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，最后把機(jī)械 能傳輸給發(fā)電機(jī)，如圖 310 所示。 圖 39 隨機(jī)噪聲風(fēng)輸入?yún)?shù) XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 40 圖 310 風(fēng)輪機(jī)模型 風(fēng)輪機(jī) 模型及 參數(shù) 如圖 311所示 是 風(fēng)輪機(jī)輸入?yún)?shù) 。 圖 311 風(fēng)輪機(jī)輸入?yún)?shù) 齒輪箱速比控制模型 齒輪箱的功能是把風(fēng)輪機(jī)輸入的低轉(zhuǎn)速變成高轉(zhuǎn)速輸出給發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)速比也是指齒輪的變比，即低速齒輪與高速齒輪的齒數(shù)比。如圖 312 所示為 齒輪箱速比控制模型。 GR 1000GR 圖 312 齒輪箱速比控制模型 XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 41 圖 313 齒輪箱速比控制模型 輸入?yún)?shù) 異 步發(fā)電 機(jī)模型的建立 異步電機(jī)一般稱為感應(yīng)電機(jī)，既可作為發(fā)電機(jī)使用也可作為電動(dòng)機(jī)使用。由于異步發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、堅(jiān)固耐用、維修方便、啟動(dòng)容易、并網(wǎng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用。 發(fā)電機(jī)控制 選擇器 參數(shù) (1)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制參數(shù)輸入同步轉(zhuǎn)速（標(biāo)幺值）的 99%，即為 。 (2)選擇開關(guān) StoT 控制模型及參數(shù) 圖 314 異步發(fā)電機(jī)模型 選擇開關(guān) StoT 控制是用于 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制選擇的控制器， 選擇開關(guān)模型是當(dāng)選擇 1 時(shí)，異步發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制，當(dāng)選擇 0 時(shí)，異步發(fā)電機(jī)由輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩控制。它是由一個(gè)時(shí)間信號(hào)模型與一個(gè)單信號(hào)比較儀來(lái)控制。 XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 42 T IM E 1 S to T 圖 315 選擇開關(guān) StoT 控制 模型 當(dāng)輸入值低于 秒時(shí) ,輸出為低水平輸出值 1； 當(dāng)輸入值超過(guò) 秒時(shí) , 輸出為高水平輸出值 0. 輸入為自然數(shù) ,則輸出整數(shù) 圖 316 StoT 控制模型及參數(shù) 異步發(fā)電機(jī)參數(shù) 圖 317 異步發(fā)電機(jī)參數(shù) XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 43 無(wú)窮大 系統(tǒng) 模型的建立 圖 318 無(wú)窮大系統(tǒng)模型 補(bǔ)償電容的參數(shù) 圖 319 補(bǔ)償電容 的參 數(shù) 斷路器模型及參數(shù) (1)普通三相斷路器 CBABRK 圖 320 普通三相斷路器模型及參數(shù) (2)有同步監(jiān)視的斷路器 XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 44 圖 321 有同步監(jiān)視 的三相斷路器模型及參數(shù) (3)斷路器分合控制選擇器 模型 T IM E 1 B R K 圖 322 斷路器分合控制選擇器 模型 當(dāng)輸入 時(shí)間 值低于 1 秒時(shí) ,輸出為低水平輸出值 1； 當(dāng)輸入 時(shí)間 值超過(guò) 1 秒時(shí) , 輸出為高水平輸出值 0。 圖 323 斷路器分合控制選擇器 模型輸入?yún)?shù) (4)斷路器并網(wǎng)前的參數(shù) 圖 324 斷路器 在并入電網(wǎng)前的 參數(shù) (5)斷路器并網(wǎng)后的參數(shù) XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 45 圖 325 斷路器 在并入電網(wǎng)后的參數(shù) 升壓變壓器 模型 及參數(shù) (1)1 主變壓器模型及參數(shù) ABCABC6 .3210 .6 91 0 0 .0 [M V A ] 圖 326 1 主變壓器 模型及參數(shù) (2)2 主變壓器模型及參數(shù) XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 46 圖 327 2 主變壓器 模型及參數(shù) 無(wú)窮大系統(tǒng) 模型及參數(shù) ABC 圖 328 電網(wǎng)（三相電壓源）模型及參數(shù) XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 47 第四 章 風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的模擬仿真結(jié)果分析 在低于額定風(fēng)速的條件下 ,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制目標(biāo)是跟蹤 maxpC 曲線，以獲得最佳葉尖速比。在高于額定風(fēng)速時(shí)，主要通過(guò)變槳距系統(tǒng)改變槳葉節(jié)距來(lái)