【正文】 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(dāng)輸入值低于 秒時 ,輸出為低水平輸出值 1； 當(dāng)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(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(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(dāng)輸入 時間 值低于 1 秒時 ,輸出為低水平輸出值 1； 當(dāng)輸入 時間 值超過 1 秒時 , 輸出為高水平輸出值 0。由于異步發(fā)電機(jī)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(fēng)力發(fā)電機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用。 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 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) 。如圖 37 所示。 ? ?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） 。 ○ 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 。 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，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。 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。 (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 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。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起動風(fēng)速時槳葉向 0176。在軟件環(huán)境中輸入同步轉(zhuǎn)速 314rad/s。 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。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。 39。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。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。 功率控制 為了有效地控制高速變化的風(fēng)速引起的功率波動，新型的變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用了 RCC（ Rotor Current Control）技術(shù)，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)。如果風(fēng)速和功率輸出一直低于額定值，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率將降低到 2%，節(jié)距控制將根據(jù)風(fēng)速調(diào)整到最佳狀態(tài)，以優(yōu)化葉尖速比。 （ 4）速度控制器 B 發(fā)電機(jī)切入電網(wǎng)后，速度控制系統(tǒng) B作用。風(fēng)輪在空轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)入同步轉(zhuǎn)速。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速177。變距系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓系統(tǒng)，節(jié)距控制器的輸出信號經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后變成電壓信號控制比例閥（或電液伺服閥），驅(qū)動液壓缸活塞，推動變槳距機(jī)構(gòu)，使槳葉節(jié)距角變化。 節(jié)距的給定參考值由控制器根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)給出。因此，為了優(yōu)化功率曲線，最新設(shè)計的變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行功率控制的過程中，其功率反饋信號不再作為直接控制槳葉節(jié)距的變量。 （ 3） 額定功率狀態(tài) 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)。在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)以前，變距系統(tǒng)的節(jié)距給定值由發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號控制。 變槳距 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)模型框圖 [2] 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài) 變 槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組根據(jù)變距系統(tǒng)所起的作用可分為三種運(yùn)行狀態(tài)，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制）、欠功率控制（不控制）和額定功率狀態(tài)（功率控制）。在實際應(yīng)用中 ， 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 速與風(fēng)速的對應(yīng)關(guān)系不必完全覆蓋風(fēng)速的范圍 ，電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為 1100~1700RPM， 僅有部分超同 步范圍。轉(zhuǎn)子機(jī)械旋轉(zhuǎn)的速度為 Mf ， 使 得定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率 E M Rf f f??。同樣 ， 通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的大小和相位 (RCC)從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) ， 進(jìn)而 實現(xiàn)追求 PC 最優(yōu)和無功功率的平衡。即仍然發(fā)揮葉片的失速效應(yīng) ，在失速點之前進(jìn)行槳距調(diào)整 ， 即便槳 距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來不及動作通過葉片的失速效應(yīng)發(fā)揮作用也不會造成風(fēng)機(jī)的瞬時過載。在實際應(yīng)用中 ， 由于功率與風(fēng)速的三次方成正比 ， 風(fēng)速 的較小變化將造成風(fēng)能較大變化 ， 風(fēng) 機(jī)輸出功率 處于不斷變化中。速度控制和直接 槳距控制常用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的起動、停止和緊急事故處理。變槳距風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組的功率調(diào)節(jié)不完全依靠葉片的氣動特性 ， 主要依靠與葉片相匹配的葉片攻角改變來進(jìn)行調(diào)節(jié)。風(fēng)機(jī)采用異步 發(fā)電技術(shù)，存在功率流向的不確定 性 ，發(fā)電機(jī)可能低于同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行，也可能工作在同步轉(zhuǎn)速之上。大功率高轉(zhuǎn)速的異步發(fā)電機(jī)工作于高風(fēng)速區(qū) ，小功率低轉(zhuǎn)速的 異步 發(fā)電機(jī)則 工作于低風(fēng)速區(qū)， 由此來調(diào)整尖速比 ? ，實現(xiàn)追求 PC 最大下的整體運(yùn)行控制。當(dāng)風(fēng)速超過額定 風(fēng)速時 ， 為了保持發(fā)電機(jī)輸出功率恒定 ， 必須通過 葉片失速效應(yīng) 特性來 降低 PC 值 ， 以 維持 輸出 功率 的 恒定。 因而風(fēng)輪機(jī)的運(yùn)行存在三個典型區(qū)： 在低風(fēng)速段，按 恒定 PC 途徑控制風(fēng)輪機(jī)直到轉(zhuǎn)速達(dá)到極限 ； 然后按恒 定轉(zhuǎn)速控制風(fēng)輪機(jī) ，直到功率最大 ； 功率最大后，風(fēng)輪機(jī)XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 21 按恒定功率控制。 由 (22)式 可知 ，風(fēng)機(jī)整體設(shè)計和相應(yīng)的運(yùn)行控制策略應(yīng) 在追求 PC 最大 的情況下 進(jìn)行相應(yīng)的 調(diào)整，便可增加其輸出功率。典型 PC 與 ? 和? 的關(guān)系可用圖 23 來表示。 風(fēng)輪機(jī) 的 氣動特性 [8] 風(fēng)輪機(jī) 通過葉片捕獲風(fēng)能 ， 將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為作用在輪轂上的機(jī)械轉(zhuǎn)矩?；钊奈灰品答佇盘栍晌灰苽鞲衅鳒y量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸入比較器。為了優(yōu)化功率曲線，在進(jìn)行功率控制的同時通過轉(zhuǎn)子電流控制器對電機(jī)轉(zhuǎn)差進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。風(fēng)輪從起運(yùn)到額定轉(zhuǎn)速，其葉 片的節(jié)距角隨轉(zhuǎn)速的升高是一個連續(xù)變化的過程。由于異步發(fā)電機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速是嚴(yán)格對應(yīng)的，功率控制最終也是通過速度控制來實現(xiàn)的。風(fēng)輪開始轉(zhuǎn)動。首先系統(tǒng)初始化檢查控制程序、微控制器硬件和外設(shè)、傳感器來的脈沖及比較所選的操作參數(shù)備份系統(tǒng)工作表，接著就正式起運(yùn)。 /反向扭纜計數(shù)器超過時自動停機(jī)解纜達(dá)到要求時再自動開機(jī)恢復(fù)運(yùn)行發(fā)電。 15176。其余時間（運(yùn)行期間、正常和故障停機(jī)期間）均處于歸位狀態(tài)。跟風(fēng)精度范圍177。 ○ 2 為了避免小風(fēng)時發(fā)行頻繁開、停機(jī)現(xiàn)象在并網(wǎng)后 10 分內(nèi)不能按風(fēng)速自動停機(jī)。 （ 4）大于開機(jī)風(fēng)速并且轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速的條件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能軟切入自動并網(wǎng)保證電流沖擊小于額定電流。 XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 16 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 的控制目標(biāo) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是實現(xiàn)由風(fēng)能到機(jī)械能和由機(jī)械能到電能兩個能量轉(zhuǎn)換過程的裝置。 ○ 2 過電壓、過電流保護(hù)：主電路計算機(jī)電源進(jìn)線端、控制變壓器進(jìn)線和有關(guān)伺服電動機(jī) 的 進(jìn)線端均設(shè)置過電壓、過電流保護(hù)措施?！?dāng) 10 分平均風(fēng)速大于 25m/s 時或超過超速上限時→風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作偏轉(zhuǎn) 90 度控制→氣動剎車→脫網(wǎng)→停機(jī)。 ○ 5 安全鏈動作停機(jī)：電控制系統(tǒng)軟保護(hù)控制失敗→硬性停機(jī)→停機(jī)。 (2)自動運(yùn)動的控制要求 ○ 1 開機(jī)并網(wǎng)控制 :當(dāng)風(fēng)速 10 分內(nèi)的平均值在系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組起動→軟切入狀態(tài)→機(jī)組并入電網(wǎng)。 ○ 2 變槳距失速型機(jī)組控制 風(fēng)速超過風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定風(fēng)速以上時，為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率不再增加，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組過載，通過改變槳葉節(jié)距角和空氣動力學(xué)的失速特性，使葉片吸收風(fēng) 功率減少或者發(fā)生失速，從而控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率輸出。有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的功能很強(qiáng) ,但由于工作不可靠 ,經(jīng)常出故障 ,而出現(xiàn)故障后對一般用戶來說維修又十分困難，于是這樣一套控制系統(tǒng)可能發(fā)揮不了它應(yīng)有的作用。 ○10 同步轉(zhuǎn)速 對于額定頻率為 f 的交 流發(fā)電機(jī)其同步轉(zhuǎn)速 pfn /60? (124) 式中 p—— 發(fā)電機(jī)的極對數(shù) ； n —— 同步轉(zhuǎn)速 r/min。中國交流電網(wǎng)電壓頻率為 50Hz。 ○ 4 發(fā)電機(jī)額定電壓 發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時 電壓為 定子或轉(zhuǎn)子輸出的電壓 ， 單位為 V。 ○ 3 發(fā)電機(jī)是交流還是直流 微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)常用直流發(fā)電機(jī)中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)常用交流發(fā)電機(jī)。它是由葉尖速比及發(fā)電機(jī)功率決定的參數(shù)。 若電機(jī)用原動機(jī)驅(qū)動使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（ snn）則轉(zhuǎn)差率 S0 ，此時電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)磁場兩者的方向相反即電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩。異步機(jī)的定子與同步機(jī)基本相同，其轉(zhuǎn)子可分為繞線式和鼠籠式，繞線式異步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組相同，鼠籠式異步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組是由端部短接的銅條或鑄鋁制成像鼠籠一樣。 異步電機(jī)一般稱感應(yīng)電機(jī)即可作為發(fā)電機(jī)也可作為電動機(jī)。 使用異步機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)的優(yōu)點是：發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單成本低并網(wǎng)控制容易 ， 缺點是要從電網(wǎng)吸收無功功率以提供自身的勵磁。 （ 1）風(fēng)能利用系數(shù) PC 風(fēng)輪機(jī)從自然風(fēng)能中吸到能量的大小和程度可以用風(fēng)能利用率系數(shù) PC 表示 XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 11 SvPCp 3121 ?? (118) （ 2）葉尖速比 ? 為了表示風(fēng)輪在不同的 風(fēng)速中的狀態(tài)用葉片的葉尖圓周速度與風(fēng)速之比來衡量稱為葉尖速比 ? vwRvRn ?? ?? 2 (119) 低速風(fēng)輪 ? 取較小值；高速風(fēng)輪 ? 取較大值。 風(fēng)作用在葉片上的力由歐拉定理求得 )()( 2121 vvmvvsvF ???? ? (16) 式中 ?—— 空氣當(dāng)時的密度 風(fēng)輪所接受的功率為 )( 212 vvsvFvP ??? ? (17) 所以經(jīng)過風(fēng)輪葉片的風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化 )(21)(21 22212221 vvmvvsvT ????? ? (18) 式中 sv? —— 空氣質(zhì)量 TP ?? (19) XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 10 2 21 vvv ??? (110) 因此 ， 風(fēng)作用在風(fēng)輪葉片上的力 F 和風(fēng)輪輸出的功率 P 分別為 )(21 2221 vvsF ?? ? (111) ))((41212221 vvvvsP ??? ? (112) 風(fēng)速 1V 是給定的， P 的大小取決于 2V ， P 是 2V 的函數(shù)，對 P 微分求最大值得 )32(41 2221212 vvvvsdvdP ??? ? (113) 令其等于 0，求解方程得 12 31vv ?