【導讀】境問題成為當今世界所面臨的兩大重要課題。由能源問題引發(fā)的危機以及日益突出的。的同學是有著十分重大的理論和現(xiàn)實意義的，也是十分有必要的。進入了大發(fā)展階段。隨著風力發(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。前人在風輪機的空氣動力學原理和能量轉(zhuǎn)。行了一定的研究。變槳距風力發(fā)電機組的主要控制是在起動時對風輪轉(zhuǎn)速的控制和并。網(wǎng)后對輸入功率的控制。機起動與系統(tǒng)輸出功率穩(wěn)定的雙重要求。但由于對運行工況的認識不足，對變槳距控。電機組控制系統(tǒng)仿真方面作了初步的探究和研究。的安全可靠運行，并實現(xiàn)了穩(wěn)定機組輸出功率和優(yōu)化功率曲線的控制功能?？斓乃俣刃迯拖到y(tǒng)使之恢復正常工作。由于本人的理論水平及實。況，一個地方風能潛力的多少要視該地常年平均風能密度的大小。段時間內(nèi)的平均風能密度，這個值可以將風能密度公式對時間積分后平均來求得。

　　

【正文】 的機械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩利用發(fā)電機多參量模塊可以對發(fā)電機的轉(zhuǎn)速進行控制，其控制模型和參數(shù)如圖 216 所示。 風力發(fā)電機組的變槳距控制系統(tǒng)模型 變槳距風輪機的槳葉靜止時節(jié)距角為 90176。，當風速達到起動風速時槳葉向 0176。方向轉(zhuǎn)動，直到氣流對槳葉產(chǎn)生一定的攻角后風輪才起動。當風速達到或超過額定風速后，風 力發(fā)電機組進入額定功率狀態(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)電機的功率信號進行控制。功率反饋信號與額定功率進行比較，功率超過額定功率時，槳葉節(jié)距向迎風面積減少的方向轉(zhuǎn)動一個角度，反之則向迎風面積增大的方向轉(zhuǎn)動一個角度。 (風力發(fā)電機組的變槳距控制系統(tǒng)模型 圖見附錄 ) XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 31 圖 216 發(fā)電機轉(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)控制選擇器來選擇異步發(fā)電機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)電機的額定功率作為 控制系統(tǒng)功率輸入的參照量，由實際值與其進行比較，根據(jù)所得值的大小可以判斷功率輸出是否穩(wěn)定，從而可以通過改變槳距角進行功率調(diào)節(jié)。 XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 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)計說明書 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) 濾波器對比例積分器輸出的波形進行修整，以便出現(xiàn)諧波分量對系統(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行比較后，輸入微分限制和微分器環(huán)節(jié)進行整合后輸出。再與槳距角給定值進行比較，輸入槳距角限制環(huán)節(jié)，輸出XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 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) 以上是對完整的風力發(fā)電控制 系統(tǒng) 模型的建立過程 ,通過以上模型可以對風力發(fā)XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 35 電機組進行 相應的 轉(zhuǎn)速 控制 和功率控制 ,使 風力發(fā)電系統(tǒng) 運行在 安全穩(wěn)定的 狀態(tài) 。 第 三 章 樣例 系統(tǒng) 模型的建立 風速模型的建立 風能的數(shù)學模型 風能作用于 風輪機 的 槳 葉上， 是 風力發(fā)電機的原動力 ， 為了能較準確的描述自然界的風能變化 的 特點，在工程上一般采用簡化的四分量模型來模擬風速隨時間變化的特征。 （ 1）基本風 wBV 基本風 可以由風電場測量所得的威布爾 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) 。 在實際與仿真時我們近似認為 wBV 是一個不隨時間變化的分量，也就是取 wBV 為一個常數(shù)。 （ 2）陣行風 wGV wGV 用于表述風速的突然變化，在三個時間段內(nèi)有不同的風速，陣性風變化過程如圖 32所示。 ○ 1 1G 0tT 風速 wGV0? ○ 2 )( 11 GGG TTtT ??? 風速 wG cosV V? cosV 表示在該時間段內(nèi)風速變化具有 余 弦特性，其表達式為 ?????? ??? )(2c o s12 1m a xc o s G GG T Ttvv ? （ 32） 式中 maxGV —— 陣行風最大的風速（ m/s） ； t —— 時間（ s） ； 1G T —— 出現(xiàn)陣性風的時間 （起動時間 s） ； GT —— 陣性風的持續(xù)時間 。 ○ 3 1G+TGtT 風速 wGV0? 所以 當 Gt=T 時 cos 0V ? 當 1G G/2 t=(T +T ) 時 cos maxVV ? 當 1G Gt=(T +T ) 時 cos 0V ? XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 36 圖 32 陣行風隨時間變化曲線圖 在分析風電系統(tǒng)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。 （ 3）漸變風 wRV wRV 用于 描述風速的逐漸的變化 ， 在 四 個時間區(qū)段內(nèi)有不同風速 ， 漸變風變化過程 如圖 33 所示。 ○ 1 1R 0tT 風速 wRV0? ○ 2 RR TtT 21 〈? 風速 wRV rampV? rampV 表示在該時間區(qū)段內(nèi)風速線性變化表達式 )1(212m a xRRRRra m p TT Ttvv ???? （ 33） 所以當 1R t=T 時 rampV = 0 當 2R t=T 時 rampV = vmax ○ 3 RRR TTtT ??? 22 風速 wR maxV =V ○ 4 RR TTt ?? 2 風速 wRV =0 圖 33 漸變風隨時間變化曲線圖 （ 4）隨機噪聲風 wNv XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 37 wNv 用以描述在指定的高度的風速變化的隨機風的特性，由許多諧波分量構(gòu)成，其表達式為 ? ??? ??? Nt iiiVwN sv 1 2/1 )c o s ()(2 ? （ 34） 式中 w? —— 隨機分布的離散間距 ； iw —— 第 I 個分量的角頻率 ， wiwi ??? )2/1( ； i? —— 第 I 個分量的初相角為 0~2Pi之間分布的隨機量 ； )( iv ws —— 第 I 個分量的振幅 。 ? ?3122 2 )/(1 2)( ??? i iNiv Fw wFKwS ?? （ 35） 式中 NK —— 地表摩擦系數(shù) ； F —— 攏動范圍 m2； ? —— 相對高度的平均風速（ m/s） 。 （ 5）綜合風速表達式 wv 綜合風速表達式即是對前面的四個分量風 速 表達式 的 求和，其表達式如下 wNwRwGww vvvvv ???? B （ 36） 風速模型的建立 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 綜合風速模型 （ 1） 外部風速輸入控制 模型參數(shù) 外部風速輸入控制模型 （如圖 35 所示） 是調(diào)節(jié)外加風速的模型，它可以隨意調(diào)節(jié)切入風速的大小。 (2)四種風分量的參數(shù) ○ 1 基本風 Bv 輸入?yún)?shù) 在實際或仿真時基本風被認為是一個常數(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)計說明書 38 2525Es2 圖 35 外部風速輸入控制模型及參數(shù) 圖 36 基本風 輸入?yún)?shù) ○ 2 陣行風 WGv 輸入?yún)?shù) 陣行風 WGv 用于描述風速的突然變化，根據(jù)實際數(shù)據(jù)可以給出其最大值?maxV 2m/s， 起始時間 3s，持續(xù)周期為 1s，陣性風數(shù)量為 1個 。如圖 37 所示。 ○ 3 漸變風 WRv 輸入?yún)?shù) 漸變風 WRv 用于描述風速的逐漸變化，根據(jù)實際數(shù)據(jù)可以給出其最大值?maxV 2m/s，起始時間為 4s，持續(xù)周期為 1s，陣性風數(shù)量為 個， 如圖 38 所示。 ○ 4 隨機噪聲風 vwN輸入?yún)?shù) XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 39 圖 37 陣行風輸入?yún)?shù) 圖 38 漸變風輸入?yún)?shù) 用于描述在指定高度風速變化的隨機噪聲風的特性是由許多諧波組成的， 根據(jù)實際數(shù)據(jù)可以給出其 噪聲分量數(shù)為 50 個， 如圖 39 所示。 風輪機模型的建立 風輪機是風力發(fā)電機組的原動機，也是主要區(qū)別于其他類型發(fā)電廠的關(guān)鍵地方 ，它是把風能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置，通過吸收風能，然后轉(zhuǎn)化成機械能，最后把機械 能傳輸給發(fā)電機，如圖 310 所示。 圖 39 隨機噪聲風輸入?yún)?shù) XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 40 圖 310 風輪機模型 風輪機 模型及 參數(shù) 如圖 311所示 是 風輪機輸入?yún)?shù) 。 圖 311 風輪機輸入?yún)?shù) 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(zhuǎn)速變成高轉(zhuǎn)速輸出給發(fā)電機，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)計說明書 41 圖 313 齒輪箱速比控制模型 輸入?yún)?shù) 異 步發(fā)電 機模型的建立 異步電機一般稱為感應電機，既可作為發(fā)電機使用也可作為電動機使用。由于異步發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、堅固耐用、維修方便、啟動容易、并網(wǎng)簡單等特點，在大中型風力發(fā)電機組中得到廣泛應用。 發(fā)電機控制 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)電機模型 選擇開關(guān) StoT 控制是用于 發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制選擇的控制器， 選擇開關(guān)模型是當選擇 1 時，異步發(fā)電機由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制，當選擇 0 時，異步發(fā)電機由輸入機械轉(zhuǎn)矩控制。它是由一個時間信號模型與一個單信號比較儀來控制。 XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 42 T IM E 1 S to T 圖 315 選擇開關(guān) StoT 控制 模型 當輸入值低于 秒時 ,輸出為低水平輸出值 1； 當輸入值超過 秒時 , 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)電機參數(shù) 圖 317 異步發(fā)電機參數(shù) XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 43 無窮大 系統(tǒng) 模型的建立 圖 318 無窮大系統(tǒng)模型 補償電容的參數(shù) 圖 319 補償電容 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)計說明書 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 當輸入 時間 值低于 1 秒時 ,輸出為低水平輸出值 1； 當輸入 時間 值超過 1 秒時 , 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)計說明書 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)計說明書 46 圖 327 2 主變壓器 模型及參數(shù) 無窮大系統(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)計說明書 47 第四 章 風力發(fā)電控制系統(tǒng)的模擬仿真結(jié)果分析 在低于額定風速的條件下 ,風力發(fā)電機組的基本控制目標是跟蹤 maxpC 曲線，以獲得最佳葉尖速比。在高于額定風速時，主要通過變槳距系統(tǒng)改變槳葉節(jié)距來