【正文】 風(fēng)速 風(fēng)速 表示在該時(shí)間區(qū)段內(nèi)風(fēng)速線性變化表達(dá)式　　　　　 （33）所以當(dāng)時(shí) = 0 當(dāng)時(shí) = vmax 風(fēng)速 風(fēng)速圖33漸變風(fēng)隨時(shí)間變化曲線圖（4）隨機(jī)噪聲風(fēng)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　　　　　?。?4）式中 ——隨機(jī)分布的離散間距；——第I個(gè)分量的角頻率，；——第I個(gè)分量的初相角為0~2Pi之間分布的隨機(jī)量；——第I個(gè)分量的振幅。 （35）式中 ——地表摩擦系數(shù)；——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 　 　　　　　　　　　（36） 風(fēng)速模型的建立圖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)基本風(fēng)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，9m/s ，如圖36所示。 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) 陣行風(fēng)輸入?yún)?shù)陣行風(fēng)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。漸變風(fēng)輸入?yún)?shù)漸變風(fēng)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2m/s，起始時(shí)間為4s，持續(xù)周期為1s，如圖38所示。隨機(jī)噪聲風(fēng)vwN輸入?yún)?shù)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(lèi)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)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。 圖312 齒輪箱速比控制模型圖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(chēng)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%。(2)選擇開(kāi)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(kāi)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(kāi)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。圖315 選擇開(kāi)關(guān)StoT控制模型,輸出為低水平輸出值1；, 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) 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 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 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)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) 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) 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) 圖328 電網(wǎng)（三相電壓源）模型及參數(shù)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)限制風(fēng)輪機(jī)獲取能量，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)保持在額定功率下發(fā)電，并使系統(tǒng)失速負(fù)荷最小化。加入變槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)，顯著提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性及輸出的穩(wěn)定性。因?yàn)樵诟哂陬~定風(fēng)速時(shí)是追求穩(wěn)定的功率輸出，采用變槳距調(diào)節(jié)可以限制轉(zhuǎn)速變化。采用轉(zhuǎn)速與變距的雙重調(diào)節(jié)，雖然增加了額外的變槳距機(jī)構(gòu)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，但由于改善了控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，仍然被普遍認(rèn)為是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組理想的控制方式。 控制系統(tǒng)在樣例模型中的模擬仿真 風(fēng)速模擬仿真分析（1）風(fēng)速模型輸出及參數(shù)設(shè)置圖41 風(fēng)速模型輸出及參數(shù)設(shè)置(2)綜合風(fēng)速模型的仿真綜合風(fēng)速是由基本風(fēng)、陣行風(fēng)、漸變風(fēng)以及隨機(jī)噪聲風(fēng)四種分量的風(fēng)速疊加而成的,此仿真結(jié)果是在沒(méi)有外加切入風(fēng)速時(shí)的結(jié)果,如圖42所示。(3)仿真結(jié)果分析在前面我們已經(jīng)討論過(guò)，風(fēng)是近似的服從威布爾分布，也就是說(shuō)，近似的服從正態(tài)分布。如圖42所示,在沒(méi)有外力風(fēng)速的情況下，由于受隨機(jī)噪聲風(fēng)的影響，風(fēng)速的曲線波動(dòng)很大，在3s和4s時(shí)分別又受到陣行風(fēng)與漸變風(fēng)的影響，波形也出現(xiàn)了相應(yīng)的波動(dòng)。所示說(shuō)，用以上的四個(gè)風(fēng)的分量在一定的程度上是可以大體的描述風(fēng)的波形，但在一些細(xì)節(jié)上還需要進(jìn)一步修正，所以它的使用范圍是有限的，只是可以用在一些要求的精確程度不高的模型的仿真。圖42 綜合風(fēng)速模型模擬仿真結(jié)果 風(fēng)輪機(jī)模擬仿真分析圖43 風(fēng)輪機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出及參數(shù)設(shè)置圖44 風(fēng)輪機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果（1）機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出及仿真結(jié)果如圖43和圖44所示。（2）機(jī)械功率輸出及仿真結(jié)果如圖45和圖46所示。（3）仿真結(jié)果分析如圖43和圖44曲線所示，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03s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。圖45 風(fēng)輪機(jī)機(jī)械功率輸出及參數(shù)設(shè)置圖46 風(fēng)輪機(jī)機(jī)械功率模擬仿真結(jié)果 異步發(fā)電機(jī)模擬仿真分析（1）異步發(fā)電機(jī)的輸出量有有功功率、無(wú)功功率、機(jī)械轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，異步發(fā)電機(jī)的輸出參數(shù)如圖47所示。 （2）發(fā)電機(jī)有功功率輸出及仿真結(jié)果分析異步發(fā)電機(jī)有功功率輸出及參數(shù)設(shè)置如圖48，由于異步發(fā)電機(jī)只能輸出有功功率，根據(jù)電力系統(tǒng)對(duì)異步機(jī)作為電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的有關(guān)規(guī)定，它的基本參量的正方向是按電動(dòng)機(jī)狀態(tài)定義的，則有功功率輸出為負(fù)值。異步發(fā)電機(jī)有功功率仿真結(jié)果分析在1s時(shí)異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，由于采用的是直接并網(wǎng)，在并網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)了很大的沖擊電流，導(dǎo)致有功功率1s時(shí)發(fā)生突變，然后有功功率下降并逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在3s和4s分別受到陣行風(fēng)和漸變風(fēng)的影響，有功功率的曲線有很小的下降，然后又達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。圖47 異步發(fā)電機(jī)輸出參數(shù)圖48 異步發(fā)電機(jī)有功功率輸出及參數(shù)設(shè)置 異步發(fā)電機(jī)有功功率仿真結(jié)果圖49 異步發(fā)電機(jī)有功功率模擬仿真結(jié)果（3）發(fā)電機(jī)無(wú)功功率輸出及仿真結(jié)果分析異步發(fā)電機(jī)無(wú)功功率輸出及參數(shù)設(shè)置如圖49，由于作為異步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的無(wú)功功率只能從電網(wǎng)吸收，根據(jù)電力系統(tǒng)對(duì)異步機(jī)作為電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的有關(guān)規(guī)定，它的基本參量的正方向是按電動(dòng)機(jī)狀態(tài)定義的，則無(wú)功功率輸出為正值。圖410 異步發(fā)電機(jī)無(wú)功功率輸出及參數(shù)設(shè)置圖411 異步發(fā)電機(jī)無(wú)功功率模擬仿真結(jié)果異步發(fā)電機(jī)無(wú)功功率仿真結(jié)果分析在1s時(shí)異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，由于采用的是直接并網(wǎng)，在并網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)了很大的沖擊電流，導(dǎo)致無(wú)功功率在1s時(shí)發(fā)生突變，然后無(wú)功功率下降并逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在3s和4s分別受到陣行風(fēng)和漸變風(fēng)的影響，無(wú)功功率的曲線有很小的上升，然后又達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在0～1s時(shí)無(wú)功功率為零，主要原因是雖然發(fā)電機(jī)端加了電容給發(fā)電機(jī)補(bǔ)償無(wú)功，但此時(shí)發(fā)電機(jī)端沒(méi)有電壓，則電容兩端也沒(méi)有電壓，因此這段時(shí)間發(fā)電機(jī)并未得到無(wú)功補(bǔ)償，即此時(shí)無(wú)功功率曲線為零。（4）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出及仿真結(jié)果分析異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出及參數(shù)設(shè)置如圖340所示，異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是一個(gè)很重要參數(shù)，發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)其轉(zhuǎn)速略大于同步轉(zhuǎn)速，則滑差。圖412 異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速模擬仿真結(jié)果異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果分析，此時(shí)異步電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；，則發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速開(kāi)始上升，并超過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速標(biāo)玄值1，異步電機(jī)此時(shí)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，之后轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，并逐漸趨于穩(wěn)定。在3s和4s分別受到陣行風(fēng)和漸變風(fēng)的影響，轉(zhuǎn)速曲線有很小的變化，然后又達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。（5）發(fā)電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出及仿真結(jié)果分析異步發(fā)電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出及參數(shù)設(shè)置如圖413所示。圖413 異步發(fā)電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出及參數(shù)設(shè)置異步發(fā)電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果圖414 異步發(fā)電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果分析在0~，發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)速控制，因此這段時(shí)間它的輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩為零，，再繼續(xù)達(dá)到穩(wěn)定，由于異步電機(jī)各參量正方向在PSCAD軟件是按電動(dòng)機(jī)定義的，因此在發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)它的輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩為負(fù)值。(6) 發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩輸出及仿真結(jié)果分析電磁轉(zhuǎn)矩Te是反映發(fā)電機(jī)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的一個(gè)重要參數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩Te等于機(jī)械功率Pm除以轉(zhuǎn)軸的角速度，即.發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果分析在1s時(shí)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，因此發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩在0～1s時(shí)為零，在并網(wǎng)后電磁轉(zhuǎn)矩開(kāi)始下降，之后又開(kāi)始上升，并逐漸達(dá)到穩(wěn)定。在3s和4s時(shí)分別受到陣行風(fēng)和漸變風(fēng)的影響，電磁轉(zhuǎn)距曲線有明顯的下降，之后又達(dá)到穩(wěn)定。圖415 異步發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩輸出及參數(shù)設(shè)置異步發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果圖416 異步發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果 風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)并網(wǎng)模擬仿真分析 (1) 發(fā)電機(jī)三相電壓輸出及仿真結(jié)果分析 圖417 異步發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)三相電壓輸出及參數(shù)設(shè)置圖418 異步發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)三相電壓模擬仿真結(jié)果圖419 高壓母線電壓模擬仿真結(jié)果異步發(fā)電機(jī)三相電壓模擬仿真結(jié)果分析如圖418所示,在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)前低壓側(cè)電壓為0,在1S時(shí)發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng),電壓突然上升到接近于額定電壓,發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸送功率。并網(wǎng)后的功率輸出逐漸趨于穩(wěn)定，這時(shí)的電壓曲線呈正弦曲線形狀變化，向電網(wǎng)輸送額定功率。(2)低壓母線和高壓母線的線電壓輸出及仿真結(jié)果分析圖420 低壓母線和高壓母線的線電壓輸出及仿真結(jié)果低壓母線和高壓母線的線電壓仿真結(jié)果分析在正常運(yùn)行時(shí),低壓母線和高壓母線電壓均從0迅速上升并均達(dá)到各自的額定值，然后一直保持穩(wěn)定。，高壓母線電壓穩(wěn)定在121KV左右。(3) 低壓母線相電流輸出及仿真結(jié)果分析并網(wǎng)前電流為0,在1s時(shí)斷路器合閘并網(wǎng)，出現(xiàn)很大的沖擊電流，其沖擊電流值達(dá)到11KA，然后又開(kāi)始上升，最后趨于穩(wěn)定,。 圖421 低壓電流輸出及參數(shù)設(shè)置圖422 低壓母線相電流輸出及仿真結(jié)果 變槳距控制系統(tǒng)模擬仿真分析通過(guò)控制槳距角的大小的改變就可以控制葉片吸收風(fēng)功率的多少，槳距角的調(diào)節(jié)可以使發(fā)電機(jī)輸出功率平穩(wěn)。圖423 變槳距控制系統(tǒng)模擬仿真結(jié)果變槳距控制系統(tǒng)模仿真結(jié)果分析 風(fēng)輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行于風(fēng)輪葉尖本來(lái)值90176。，即槳矩角初始值為90度，在機(jī)組起動(dòng)的過(guò)程中逐漸變小，這樣葉片吸收風(fēng)能逐漸增大，葉片的轉(zhuǎn)速也逐漸加快，且保持不變，此時(shí)葉片吸收風(fēng)能達(dá)到了最大。 低于額定風(fēng)速時(shí)控制的模擬仿真結(jié)果分析額定風(fēng)速以下是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可以不受功率限制的風(fēng)速范圍。在這一運(yùn)行區(qū)域，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速的控制來(lái)跟蹤最佳曲線以獲得最大能量。通常對(duì)轉(zhuǎn)速的控制是通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模擬仿真結(jié)果分析發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器是一個(gè)六階的動(dòng)態(tài)模型，發(fā)電機(jī)制轉(zhuǎn)速輸入值是根據(jù)發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩在模塊中進(jìn)行計(jì)算而得到的，其輸出總是保持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在恒定轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速的恒定使發(fā)電機(jī)能夠正常起動(dòng)，并能安全地并入到電網(wǎng)，并網(wǎng)后在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。圖424 低于額定風(fēng)速時(shí)異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模擬仿真結(jié)果發(fā)電機(jī)也可以在起動(dòng)前給定一個(gè)起動(dòng)轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)前正常起動(dòng)。然后使用時(shí)間控制選擇器來(lái)選擇發(fā)電機(jī)使用轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制的狀態(tài)，在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，發(fā)電機(jī)的控制轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩控制，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)在略