風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真畢業(yè)論文-wenkub.com
2025-08-13 20:06 本頁面
【正文】 額定風(fēng)速之后的機(jī)組狀態(tài)控制主要由槳距角調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)風(fēng)速模型的仿真曲線，分析風(fēng)輪機(jī)和發(fā)電機(jī)各部分曲線的變化情況和整個系統(tǒng)的仿真曲線圖。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制策略是以風(fēng)速的變化為依據(jù)，風(fēng)能的最大利用效率為目的，為 優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行特性提出的控制方案。 IaIbIc 圖 46 低壓電流 輸出 及參數(shù)設(shè)置 圖 47 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(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)。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。 如果風(fēng)速高于額定值，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速通過改變節(jié)距來跟蹤相應(yīng)的速度給定值。如圖 211 所示，速度控制器 B受發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的雙重控制。當(dāng)轉(zhuǎn)速從 0增加到 1500 minr 時(shí)，節(jié)距角給定值從 45176。 10 minr 內(nèi)持續(xù) 1s 發(fā) 電機(jī)將切入電網(wǎng)?；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。如圖 31所示，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)前，由速度控制器 A 給出；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)后由速度控制 B 給出。變槳距系統(tǒng)由風(fēng)速低頻分量和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，風(fēng)速的高頻分量產(chǎn)生的機(jī)械能波動，通過迅速改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來進(jìn)行平衡，即通過轉(zhuǎn)子電流控制器對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行控制，當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，允許發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，將瞬變的風(fēng)能以風(fēng)輪動能的形式儲存起來；轉(zhuǎn)速降低時(shí)，再將動能釋放出來，使功率曲線達(dá)到理想的狀態(tài)。 基于 PSCAD 風(fēng)力機(jī)模型與仿真 基于 PSCAD 的風(fēng)力機(jī)模型如下： 圖 210 風(fēng)力機(jī)簡化模型 基于上面的原理及理論公式，仿真結(jié)果如下： 圖 211 風(fēng)輪機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出及參數(shù)設(shè)置 圖 212 風(fēng)輪機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩 模擬仿真結(jié)果 圖 213 風(fēng)輪機(jī)機(jī)械功率輸出及參數(shù)設(shè)置 圖 214 風(fēng)輪機(jī)機(jī)械功率 模擬仿真結(jié)果 由上述兩圖曲線可知，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 0~3s 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時(shí)間有的突變，之后繼續(xù)達(dá)到穩(wěn)定。 基于葉素理論的風(fēng)力機(jī)建模 基于葉素理論的風(fēng)輪建模是將葉片分為若干個微元，稱為葉素，通過對葉素的受力分析求得微元轉(zhuǎn)矩，再將所有微元轉(zhuǎn)矩相加得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩 ]75,5[ ，在風(fēng)輪半徑 r 處取一長度為 dr 的葉素，其弦長為 l ，節(jié)距角為 ? 。 風(fēng)力機(jī)的穩(wěn)定工作區(qū) 空間曲面雖然能包含風(fēng)力機(jī)運(yùn)行的所有狀態(tài)點(diǎn)，但是對于分析不太方便，所以在實(shí)際應(yīng)用中多是取幾個離散的 ? 值，畫出平面圖的方法，如下圖所示，取 6組 ? 值，繪制如下： 圖 28 風(fēng)力機(jī)穩(wěn)定工作區(qū)曲線圖 在 ? ?vT ,? 曲線中，以轉(zhuǎn)矩 T 的最大值為頂點(diǎn)連成的一條線 AB，將曲線簇分成了兩部分，其中右側(cè)為穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，左側(cè)部分為不穩(wěn)定工作區(qū)域。 由文獻(xiàn) [6]得，風(fēng)力機(jī)軸上的輸出機(jī)械功率為： ? ????? ,21 32 Pw CvRP ? （ 29） 式中， ?—— 空氣密度（ 3/mkg ）； R—— 風(fēng)機(jī)葉輪半徑（ m ）； ?—— 葉尖速比，定義為eqturvR??? ，其中 tur? 為風(fēng)力機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速（ srad/ ），eqv 為等效風(fēng)速（ sm/ ）； ? —— 槳距角（ deg ）； PC —— 風(fēng)能利用系數(shù)，是葉尖速比 ? 和葉片槳距角 ? 的函數(shù)；對于給定的風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)， PC 的表達(dá)式是一定的。傳動裝置主要包括輪轂、齒輪箱和傳動軸，起連接和傳動作用。 如圖 25 所示 ,在沒有外力風(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，其綜合風(fēng)速的最大值可達(dá)到 。 （ 5） 合成風(fēng)速 模擬實(shí)際作用在風(fēng)力機(jī)上的風(fēng)速為： wnwrwgwbw vvvvv ???? （ 28） （ 6）綜合 風(fēng)速模型 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 24 綜合風(fēng)速模型 輸入?yún)?shù)如下： ① 基本風(fēng)： smvwb /9? 。 ????? ????????? ???????? ???其他時(shí)間02c o s12 111m a x GGGGGwgTTtTT TtGv ? （ 25） 式中， maxG —— 陣風(fēng)幅值（ sm/ ）； GT —— 陣風(fēng)周期（ s ）； GT1 —— 陣風(fēng)開始時(shí)刻（ s ）。 風(fēng)速模型 通常用四種成分的風(fēng)速來模擬實(shí)際風(fēng)速：基本風(fēng) wbv 、陣風(fēng) wgv 、漸變風(fēng)和隨機(jī)風(fēng)。 根據(jù)風(fēng)電場實(shí)際測風(fēng)的結(jié)果，假設(shè)風(fēng)速是以小時(shí)平均，按每小時(shí)正點(diǎn)前十分鐘測取，那么在一年之內(nèi)就有 N 個測點(diǎn)，這樣可得風(fēng)電場實(shí)際的風(fēng)頻分布為： yvii NNF
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