【導(dǎo)讀】指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。對本文的研究做出重。要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本。聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。境問題成為當(dāng)今世界所面臨的兩大重要課題。由能源問題引發(fā)的危機(jī)以及日益突出的。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要控制是在起動時對風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的控制和并。機(jī)起動與系統(tǒng)輸出功率穩(wěn)定的雙重要求?？斓乃俣刃迯?fù)系統(tǒng)使之恢復(fù)正常工作?？筛鶕?jù)資金情況決定一次裝機(jī)規(guī)模，有一臺資金就可以安裝一臺投產(chǎn)一臺。

　　

【正文】 系統(tǒng) 功率控制系統(tǒng)如圖 212 所示，它由兩個控制環(huán)節(jié)組成。外環(huán)通過測量轉(zhuǎn)速產(chǎn)生功率參考曲線。內(nèi)環(huán)是一個功率伺服環(huán)，它通過轉(zhuǎn)子電流控制器（ RCC）對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行控制，使發(fā)電機(jī)功率跟蹤功率給定值。如果功率低于額定功率值，這一控制環(huán)將通過改變轉(zhuǎn)差率，進(jìn)而改變槳葉節(jié)距角 ，使風(fēng)輪獲得最大功率。 （ 2）轉(zhuǎn)子電流控制器原理 [8] 轉(zhuǎn)子電流控制器由快速數(shù)字式 PI 控制器和一個等效變阻器構(gòu)成。它根據(jù)給定的XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 31 電流值，通過改變轉(zhuǎn)子電路和電阻來改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。在額定功率時，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率能夠從 1%到 10%（ 1515 到 1650 minr ）變化，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子平均電阻從 0到 100%變化。當(dāng)功率變化即轉(zhuǎn)子電流變化時， PI 調(diào)節(jié)器迅速調(diào)整轉(zhuǎn)子電阻，使轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子電流恒定，從而使功率輸出保持不變。 圖 213 轉(zhuǎn)子電流控制器原理圖 從電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系式來說明轉(zhuǎn)子電阻與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率的關(guān)系。發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為 ? ? ? ? ? ?22 39。 39。1 1 2 1 1 2 1 2eT m p U R S R R S X X? ?? ?? ? ? ????? (23) 式中 P — 電機(jī)極對數(shù) ； 1m — 電機(jī)定子相數(shù) ； 1? — 定子角頻率 ,即電網(wǎng)角頻率 ； 1U — 定子額定相電壓 ； S — 轉(zhuǎn)差率 ； XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 32 1R — 定子繞組的電阻 ； 1X 定子繞組的漏抗 ； 39。2R — 折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻 ； X? 折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏抗 。 式中只要 39。2RS不變，電磁轉(zhuǎn)矩 eT 就可以不變，發(fā)電機(jī)的功率可保持不變。當(dāng)風(fēng)速變大時，風(fēng)輪及發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)速上升，即發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率 S 增大，只要改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻即可保持輸出功率不變。 RCC 控制單元有效地減少了變槳距機(jī)構(gòu)的動作頻率及動作幅度，使得發(fā)電機(jī)的輸出功率保持平衡，實(shí)現(xiàn)了變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定風(fēng)速以上的額定功率輸出，有效地減少了風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)速的變化而造成的對電網(wǎng)的不良影響。 變槳距 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)模型的建立 控制選擇 器模型的建立 在控制選擇器的模型中， 當(dāng)輸入 的時間 值低于 1秒時 ,輸出為低水平輸出值 0； 當(dāng)輸入 的時間 值超過 1 秒時 , 輸出為高水平輸出值 1。 圖 214 系統(tǒng)控制選擇器模型 風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制模型的建立 根據(jù) 系統(tǒng)控制選擇器來實(shí)現(xiàn)在ω和 1 之間的選擇，利用乘法器乘以轉(zhuǎn)速的基準(zhǔn)值 314rad/s 得到風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速的值，對風(fēng)輪機(jī)進(jìn)行控制。 （ 1）選擇器參數(shù)：選擇器功能是當(dāng)運(yùn)行時間在 0到所設(shè)域值 時，由 B 通道輸入 ,XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 33 到達(dá) 所設(shè) 定的 值 以后由 A 通道輸入。 （ 2）選擇器 A、 B端輸入?yún)?shù)： A端輸入變量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 w； B端輸 入常數(shù) 1。 （ 3）乘法模塊輸入?yún)?shù)：乘法模塊功能是把兩個輸入相乘后在輸出。在軟件環(huán)境中輸入同步轉(zhuǎn)速 314rad/s。 （ 4）時鐘脈沖 CNT 控制參數(shù)：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(dāng)輸入時間信號低于所設(shè)域值時，輸出 Low output level 通道所設(shè)值，當(dāng)輸入時間信號高于所設(shè)域值時，輸出 High output level 通道所設(shè)值。 圖 215 風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制模型 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的模型（在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前） 根據(jù)異步發(fā)電機(jī)輸出的機(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)的槳葉靜止時節(jié)距角為 90176。，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起動風(fēng)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(fēng)輪才起動。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過額定風(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)的功率信號進(jìn)行控制。功率反饋信號與額定功率進(jìn)行比較，功率超過額定功率時，槳葉節(jié)距向迎風(fēng)面積減少的方向轉(zhuǎn)動一個角度，反之則向迎風(fēng)面積增大的方向轉(zhuǎn)動一個角度 。 (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)計說明書 34 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，從而可以通過改變槳距角進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。 XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 35 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 36 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(jìn)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(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)計說明書 37 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(fēng)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(fēng)力發(fā)XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 38 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化的四分量模型來模擬風(fēng)速隨時間變化的特征。 （ 1）基本風(fēng) wBV 基本風(fēng) 可以由風(fēng)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(shí)際與仿真時我們近似認(rèn)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(fēng) wGV wGV 用于表述風(fēng)速的突然變化，在三個時間段內(nèi)有不同的風(fēng)速，陣性風(fēng)變化過程如圖 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 —— 時間（ s） ； 1G T —— 出現(xiàn)陣性風(fēng)的時間（起動時間 s） ； GT —— 陣性風(fēng)的持續(xù)時間 。 ○ 3 1G+TGtT 風(fēng)速 wGV0? 所以 當(dāng) Gt=T 時 cos 0V ? 當(dāng) 1G G/2 t=(T +T ) 時 cos maxVV ? 當(dāng) 1G Gt=(T +T ) 時 cos 0V ? XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 39 圖 32 陣行風(fēng)隨時間變化曲線圖 在分析風(fēng)電系統(tǒng)對電壓波動的影響時，通常用陣性風(fēng)來考核較大的風(fēng)速變化時的電壓波動的特性。 （ 3）漸變風(fēng) wRV wRV 用于描述風(fēng)速的逐漸的變化 ， 在 四 個時間區(qū)段內(nèi)有不同風(fēng)速 ， 漸變風(fēng)變化過程 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 rampV = 0 當(dāng) 2R t=T 時 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 時間變化曲線圖 （ 4）隨機(jī)噪聲風(fēng) wNv XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 40 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(jī)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(fēng)速（ m/s） 。 （ 5）綜合風(fēng)速表達(dá)式 wv 綜合風(fēng)速表達(dá)式即是對前面的四個分量風(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)際或仿真時基本風(fēng)被認(rèn)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 41 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， 起始時間 3s，持 續(xù)周期為 1s，陣性風(fēng)數(shù)量為 1個 。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，起始時間為 4s，持續(xù)周期為 1s，陣性風(fēng)數(shù)量為 個， 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)計說明書 42 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， 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)計說明書 43 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