【正文】 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，風輪機的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率都是標幺值，則它們的曲線是完全一致的，在03s時變槳距控制系統(tǒng)在調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距使轉(zhuǎn)矩和功率輸出逐漸達到穩(wěn)定，由于又突然受到在3s與4s分別受到陣行風與漸變風的影響，從而使波形在這兩個時間有的突變，之后繼續(xù)達到穩(wěn)定。圖45 風輪機機械功率輸出及參數(shù)設置圖46 風輪機機械功率模擬仿真結(jié)果 異步發(fā)電機模擬仿真分析（1）異步發(fā)電機的輸出量有有功功率、無功功率、機械轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，異步發(fā)電機的輸出參數(shù)如圖47所示。 （2）發(fā)電機有功功率輸出及仿真結(jié)果分析異步發(fā)電機有功功率輸出及參數(shù)設置如圖48，由于異步發(fā)電機只能輸出有功功率，根據(jù)電力系統(tǒng)對異步機作為電動機狀態(tài)的有關(guān)規(guī)定，它的基本參量的正方向是按電動機狀態(tài)定義的，則有功功率輸出為負值。異步發(fā)電機有功功率仿真結(jié)果分析在1s時異步發(fā)電機并網(wǎng)，由于采用的是直接并網(wǎng)，在并網(wǎng)時出現(xiàn)了很大的沖擊電流，導致有功功率1s時發(fā)生突變，然后有功功率下降并逐漸達到穩(wěn)定狀態(tài)。在3s和4s分別受到陣行風和漸變風的影響，有功功率的曲線有很小的下降，然后又達到穩(wěn)定狀態(tài)。圖47 異步發(fā)電機輸出參數(shù)圖48 異步發(fā)電機有功功率輸出及參數(shù)設置 異步發(fā)電機有功功率仿真結(jié)果圖49 異步發(fā)電機有功功率模擬仿真結(jié)果（3）發(fā)電機無功功率輸出及仿真結(jié)果分析異步發(fā)電機無功功率輸出及參數(shù)設置如圖49，由于作為異步發(fā)電機勵磁的無功功率只能從電網(wǎng)吸收，根據(jù)電力系統(tǒng)對異步機作為電動機狀態(tài)的有關(guān)規(guī)定，它的基本參量的正方向是按電動機狀態(tài)定義的，則無功功率輸出為正值。圖410 異步發(fā)電機無功功率輸出及參數(shù)設置圖411 異步發(fā)電機無功功率模擬仿真結(jié)果異步發(fā)電機無功功率仿真結(jié)果分析在1s時異步發(fā)電機并網(wǎng)，由于采用的是直接并網(wǎng)，在并網(wǎng)時出現(xiàn)了很大的沖擊電流，導致無功功率在1s時發(fā)生突變，然后無功功率下降并逐漸達到穩(wěn)定狀態(tài)。在3s和4s分別受到陣行風和漸變風的影響，無功功率的曲線有很小的上升，然后又達到穩(wěn)定狀態(tài)。在0～1s時無功功率為零，主要原因是雖然發(fā)電機端加了電容給發(fā)電機補償無功，但此時發(fā)電機端沒有電壓，則電容兩端也沒有電壓，因此這段時間發(fā)電機并未得到無功補償，即此時無功功率曲線為零。（4）發(fā)電機轉(zhuǎn)速輸出及仿真結(jié)果分析異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速輸出及參數(shù)設置如圖340所示，異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速是一個很重要參數(shù)，發(fā)電機在正常運行時其轉(zhuǎn)速略大于同步轉(zhuǎn)速，則滑差。圖412 異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速模擬仿真結(jié)果異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果分析，此時異步電機運行在電動機狀態(tài)；，則發(fā)電機的轉(zhuǎn)速開始上升，并超過發(fā)電機轉(zhuǎn)速標玄值1，異步電機此時運行在發(fā)電機狀態(tài)，之后轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，并逐漸趨于穩(wěn)定。在3s和4s分別受到陣行風和漸變風的影響，轉(zhuǎn)速曲線有很小的變化，然后又達到穩(wěn)定狀態(tài)。（5）發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩輸出及仿真結(jié)果分析異步發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩輸出及參數(shù)設置如圖413所示。圖413 異步發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩輸出及參數(shù)設置異步發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果圖414 異步發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果分析在0~，發(fā)電機由轉(zhuǎn)速控制，因此這段時間它的輸出機械轉(zhuǎn)矩為零，，再繼續(xù)達到穩(wěn)定，由于異步電機各參量正方向在PSCAD軟件是按電動機定義的，因此在發(fā)電機狀態(tài)時它的輸出機械轉(zhuǎn)矩為負值。(6) 發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩輸出及仿真結(jié)果分析電磁轉(zhuǎn)矩Te是反映發(fā)電機由機械能轉(zhuǎn)換成電能的一個重要參數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩Te等于機械功率Pm除以轉(zhuǎn)軸的角速度，即.發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果分析在1s時發(fā)電機并網(wǎng)，因此發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩在0～1s時為零，在并網(wǎng)后電磁轉(zhuǎn)矩開始下降，之后又開始上升，并逐漸達到穩(wěn)定。在3s和4s時分別受到陣行風和漸變風的影響，電磁轉(zhuǎn)距曲線有明顯的下降，之后又達到穩(wěn)定。圖415 異步發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩輸出及參數(shù)設置異步發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果圖416 異步發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果 風力發(fā)電機系統(tǒng)并網(wǎng)模擬仿真分析 (1) 發(fā)電機三相電壓輸出及仿真結(jié)果分析 圖417 異步發(fā)電機發(fā)電機三相電壓輸出及參數(shù)設置圖418 異步發(fā)電機發(fā)電機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)電機三相電壓模擬仿真結(jié)果分析如圖418所示,在發(fā)電機并入電網(wǎng)前低壓側(cè)電壓為0,在1S時發(fā)電機并入電網(wǎng),電壓突然上升到接近于額定電壓,發(fā)電機向電網(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)果分析在正常運行時,低壓母線和高壓母線電壓均從0迅速上升并均達到各自的額定值，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，其沖擊電流值達到11KA，然后又開始上升，最后趨于穩(wěn)定,。 圖421 低壓電流輸出及參數(shù)設置圖422 低壓母線相電流輸出及仿真結(jié)果 變槳距控制系統(tǒng)模擬仿真分析通過控制槳距角的大小的改變就可以控制葉片吸收風功率的多少，槳距角的調(diào)節(jié)可以使發(fā)電機輸出功率平穩(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 風輪機啟動時風力發(fā)電機組開始自動運行于風輪葉尖本來值90176。，即槳矩角初始值為90度，在機組起動的過程中逐漸變小，這樣葉片吸收風能逐漸增大，葉片的轉(zhuǎn)速也逐漸加快，且保持不變，此時葉片吸收風能達到了最大。 低于額定風速時控制的模擬仿真結(jié)果分析額定風速以下是風力發(fā)電機組的運行可以不受功率限制的風速范圍。在這一運行區(qū)域，風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的主要任務是通過對轉(zhuǎn)速的控制來跟蹤最佳曲線以獲得最大能量。通常對轉(zhuǎn)速的控制是通過對發(fā)電機轉(zhuǎn)矩的控制來實現(xiàn)。 發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制模擬仿真結(jié)果分析發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制器是一個六階的動態(tài)模型，發(fā)電機制轉(zhuǎn)速輸入值是根據(jù)發(fā)電機的機械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩在模塊中進行計算而得到的，其輸出總是保持發(fā)電機轉(zhuǎn)速在恒定轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速的恒定使發(fā)電機能夠正常起動，并能安全地并入到電網(wǎng)，并網(wǎng)后在額定轉(zhuǎn)速下運行。圖424 低于額定風速時異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制模擬仿真結(jié)果發(fā)電機也可以在起動前給定一個起動轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機在并網(wǎng)前正常起動。然后使用時間控制選擇器來選擇發(fā)電機使用轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制的狀態(tài)，在發(fā)電機并入電網(wǎng)后，發(fā)電機的控制轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩控制，從而帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動在略高于額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速附近運行。圖425 低于額定風速時發(fā)電機起動時轉(zhuǎn)速控制模擬仿真結(jié)果發(fā)電機在準備起動時轉(zhuǎn)速為0，發(fā)電機并網(wǎng)前由于風輪機的機械轉(zhuǎn)矩在不斷升高，帶動發(fā)電機使其轉(zhuǎn)速達到并超過額定轉(zhuǎn)速。在3s時出現(xiàn)的陣性風和4s時出現(xiàn)的漸變風影響了發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)了突然的升高，而后又下降到了略高于額定轉(zhuǎn)速的附近運行，最終將達到穩(wěn)定狀態(tài)。 風輪機轉(zhuǎn)速控制模擬仿真結(jié)果分析風輪機轉(zhuǎn)速控制是根據(jù)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速反饋值和給定值進行選擇，然后利用乘法器乘以轉(zhuǎn)速的基準值314rad/s得到風輪機轉(zhuǎn)速的值，輸入到風輪機并對風輪機的轉(zhuǎn)速進行控制的。在并網(wǎng)前,風輪機的轉(zhuǎn)速為給定值,由于有風模型的輸入,使得風輪機輸出機械轉(zhuǎn)矩，但是由于風模型的輸入的風速有波動，所以風輪機的輸出轉(zhuǎn)矩受到了影響。但在并網(wǎng)時風輪機的轉(zhuǎn)矩沒有太大的變化，曲線在不斷的上升。在并入電網(wǎng)以后，在3s時受到的陣性風和4s時受到漸變風的影響而出現(xiàn)了明顯的突變，可見風的變化對風輪機轉(zhuǎn)矩的輸出是有直接影響的。風輪機的機械功率是低風速時風輪產(chǎn)生的氣動功率，與風速和瞬時值有關(guān)，功率極限取作恒定的話，功率輸出如圖426所示。電功率的輸出曲線同機械功率的輸出曲線完全一致，這樣電功率輸出的變化可從起點跟蹤，在起動區(qū)電功率是負值，說明是作電動機起動的區(qū)域。如果根據(jù)實際的原理分析的話，當風輪加速時電功率應該大于機械功率，但由于實際中存在一定的誤差，所以沒有太大的變化。圖426 低于額定風速時風輪機轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果 變槳距控制模擬仿真結(jié)果分析風力發(fā)電機組變槳距控制系統(tǒng)在發(fā)電機準備起動時，槳矩角從初始的90度先減小到45度，處于待起動狀態(tài)；然后在起動風速持續(xù)10秒時，槳距角再從45度逐漸變小。在槳距變小的過程中，葉片吸收風功率在逐漸的增加，同樣葉片的轉(zhuǎn)速也逐漸圖427 并網(wǎng)后風輪機轉(zhuǎn)矩受風影響的模擬仿真結(jié)果加快，則風輪機的輸出功率在不斷增大，帶動異步發(fā)電機轉(zhuǎn)動，從而發(fā)出電來。根據(jù)圖45所示我們可知風輪機在并網(wǎng)前，槳距角已經(jīng)變到8度左右，風輪機吸收的功圖428 變槳距控制模擬仿真結(jié)果率已接近額定功率。在發(fā)電機并入電網(wǎng)后，這時葉片吸收的風能達到了最大，風力發(fā)電系統(tǒng)處于正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)。槳葉節(jié)距變化過程是迅速，所以風力發(fā)電機組的起停機過程也是快速的，使風力發(fā)電機組在這穩(wěn)定狀態(tài)時可以迅速進行調(diào)節(jié)或停機，使風力發(fā)電機系統(tǒng)的安全性提高。在低于額定風速時，風力發(fā)電機組經(jīng)歷了從起動到并網(wǎng)或在正常運行時進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等的控制過程，所以風力發(fā)電對控制系統(tǒng)的要求很高。在起動狀態(tài)時，發(fā)電機電壓和低壓側(cè)電流均為0，這時變槳距系統(tǒng)的節(jié)距給定值由發(fā)電機的轉(zhuǎn)速信號控制，轉(zhuǎn)速控制器按一定的速度上升率給出速度參考值，變距系統(tǒng)對槳葉節(jié)距進行調(diào)節(jié)。由圖46的模擬仿真結(jié)果可知，風力發(fā)電機在并網(wǎng)時電壓和電流均出現(xiàn)了沖擊，為了確保并網(wǎng)平穩(wěn)，對電網(wǎng)產(chǎn)生盡可能小的沖擊，變槳距系統(tǒng)可以在一定時間內(nèi)，保持發(fā)電機的轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速附近，尋找最佳時機并網(wǎng)。而在欠功率狀態(tài)時，發(fā)電機在低于額定功率的狀態(tài)運行，可以采用OPTITIP技術(shù)對繞線式異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率進行調(diào)節(jié)，由于我們仿真所用的發(fā)電機為鼠籠式異步發(fā)電機，所以在這里我不加以論述。 高于額定風速時控制的模擬仿真結(jié)果分析風力發(fā)電機組的變速運行可以使機組在風速大范圍內(nèi)變化時增加能量的獲得,但在高風速狀態(tài)下,能量的獲取將受到機組物理性能的限制。風輪機的風輪轉(zhuǎn)速和能量轉(zhuǎn)換必須低于某個極限值，否則各部件的機械和疲勞強度就受到挑戰(zhàn)。因此在高風速下，當風速作大幅度變化時，保持發(fā)電機組恒定的功率輸出，并使風力發(fā)電機組的傳動系統(tǒng)具有良好的柔性，是高于額定風速時控制系統(tǒng)的基本目標。在這一運行區(qū)域，風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)主要是通過調(diào)節(jié)風輪機的功率系數(shù)，將功率輸出限制在允許范圍之內(nèi)；同時使發(fā)電機轉(zhuǎn)速能隨功率的輸入作快速變化，這樣發(fā)電機就可以在允許的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)持續(xù)工作并保持傳動系統(tǒng)良好的柔性。通常采用兩個方法控制風輪的功率系數(shù)，一是控制發(fā)電機的反力矩，通過改變發(fā)電機的轉(zhuǎn)速來改變風輪的葉尖速比；二是改變槳葉節(jié)距角以改變空氣動力轉(zhuǎn)矩。本節(jié)主要介紹使用比例積分（PI）和干攏調(diào)節(jié)控制調(diào)節(jié)（DAC），通過改變槳葉節(jié)距角來控制風輪的功率系數(shù)，以滿足風力發(fā)電機組運行時對各種物理量進行限制的要求。 發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制模擬仿真結(jié)果分析 發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制器是一個六階的動態(tài)模型，發(fā)電機制轉(zhuǎn)速輸入值是根據(jù)發(fā)電機的機械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩在模塊中進行計算而得到的，同樣在發(fā)電機并入電網(wǎng)后進入額定運行狀態(tài)時,其輸出的轉(zhuǎn)速還是保持在恒定轉(zhuǎn)速。輸入的恒定轉(zhuǎn)速使發(fā)電機能夠正常安全地運行,使發(fā)電機輸出的功率只受風速變化的影響。在高于額定風速時，風力發(fā)電機達到轉(zhuǎn)速有限或功率極限，因此必須在小的下運行，但必須控制發(fā)電機的轉(zhuǎn)速在略高于額定轉(zhuǎn)速附近運行，這樣才能保證風力發(fā)電系統(tǒng)的安全性。圖429 風力發(fā)電系統(tǒng)電壓、電流模擬仿真結(jié)果發(fā)電機如果在起動前給定了一個起動轉(zhuǎn)速的話，發(fā)電機正常地并入電網(wǎng)后在高于額定風速時，發(fā)電機由轉(zhuǎn)速的控制轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩的控制，則由完全由風輪機帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)子在略高于額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速附近運行。這樣,發(fā)電機的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)速標玄值)―，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速變化是很微小的，對發(fā)電機輸出功率的影響也是微乎其微的，同樣對電力系統(tǒng)的影響也是很小的。發(fā)電機并網(wǎng)前由于風輪機的機械轉(zhuǎn)矩在不斷升高，帶動發(fā)電機使其轉(zhuǎn)速達到并超過額定轉(zhuǎn)速。發(fā)電機并入電網(wǎng)后，在3s時出現(xiàn)的陣性風和4s時出現(xiàn)的漸變風影響了發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)了一定的突然的升高，而后又下降到了略高于額定轉(zhuǎn)速的附近運行，最終達到穩(wěn)定運行狀態(tài)。圖430 高于額定風速時異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制模擬仿真結(jié)果圖431 發(fā)電機并網(wǎng)后高于額定風速時轉(zhuǎn)速控制模擬仿真結(jié)果 風輪機轉(zhuǎn)速控制模擬仿真結(jié)果分析高于額定風速時,風輪機的轉(zhuǎn)速是根據(jù)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速反饋值乘以轉(zhuǎn)速的基準值314rad/s得到的，然后輸入到風輪機并對其轉(zhuǎn)速進行相應控制的。由于風模型的輸入具有一定的波動性,使得受到一定的影響。在3s時受到的陣性風和4s時受到漸變風的影響, 風輪機輸出的機械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)了明顯的突變，可見風的變化對風輪機轉(zhuǎn)矩的輸出是有直接影響的。風輪機的機械功率是低風速時風輪產(chǎn)生的氣動功率，與風速和瞬時值有關(guān)，功率極限取作恒定的話，電磁功率輸出如圖433所示。電磁功率的輸出曲線大于機械功率的輸出曲線，這樣電功率輸出的變化可從起點跟蹤，在起動區(qū)電功率是負值，說明是作電動機起動的區(qū)域。圖432 高于額定風速時風輪機轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果圖433 高于額定風速時風輪機功率模擬仿真結(jié)果 變槳距控制模擬仿真結(jié)果分析高于額定風速的變槳控制系統(tǒng)受到發(fā)電機轉(zhuǎn)速和風速的雙重控制，當風速大幅度變化時在保持風力發(fā)電機恒定的功率輸出，通過調(diào)節(jié)風輪機的功率系數(shù)，將功率輸出限制在允許的范圍內(nèi)，同時也使發(fā)電機的轉(zhuǎn)速能隨功率的輸出作快速的變化。我們能夠通過使用PI比例積分和DAC干攏調(diào)節(jié)控制來改變槳葉節(jié)距角的方法來控制風輪機的功率系數(shù)。功率反饋信號與給定值進行比較，當功率