風力發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真畢業(yè)論文-wenkub.com
2025-06-24 16:50 本頁面
【正文】 額定風速之后的機組狀態(tài)控制主要由槳距角調(diào)節(jié)實現(xiàn)。根據(jù)風速模型的仿真曲線，分析風輪機和發(fā)電機各部分曲線的變化情況和整個系統(tǒng)的仿真曲線圖。風力發(fā)電系統(tǒng)控制策略是以風速的變化為依據(jù)，風能的最大利用效率為目的，為優(yōu)化風力發(fā)電系統(tǒng)運行特性提出的控制方案。 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)。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。如果風速高于額定值，發(fā)電機轉(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)電機轉(zhuǎn)速和風速的雙重控制。當轉(zhuǎn)速從0增加到1500時，節(jié)距角給定值從45176。10內(nèi)持續(xù)1s發(fā)電機將切入電網(wǎng)。活塞的位移反饋信號由位移傳感器測量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸入比較器。如圖31所示，當風力發(fā)電機組并入電網(wǎng)前，由速度控制器A給出；當風力發(fā)電機組并入電網(wǎng)后由速度控制B給出。變槳距系統(tǒng)由風速低頻分量和發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制，風速的高頻分量產(chǎn)生的機械能波動，通過迅速改變發(fā)電機的轉(zhuǎn)速來進行平衡，即通過轉(zhuǎn)子電流控制器對發(fā)電機轉(zhuǎn)差率進行控制，當風速高于額定風速時，允許發(fā)電機轉(zhuǎn)速升高，將瞬變的風能以風輪動能的形式儲存起來；轉(zhuǎn)速降低時，再將動能釋放出來，使功率曲線達到理想的狀態(tài)。 基于PSCAD風力機模型與仿真 基于PSCAD的風力機模型如下：圖210 風力機簡化模型 基于上面的原理及理論公式，仿真結(jié)果如下：圖211 風輪機機械轉(zhuǎn)矩輸出及參數(shù)設(shè)置圖212 風輪機機械轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果圖213風輪機機械功率輸出及參數(shù)設(shè)置圖214 風輪機機械功率模擬仿真結(jié)果由上述兩圖曲線可知，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0~3s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。 基于葉素理論的風力機建?；谌~素理論的風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)矩相加得到風力發(fā)電機風輪的輸出轉(zhuǎn)矩，在風輪半徑處取一長度為的葉素，其弦長為，節(jié)距角為。 風力機的穩(wěn)定工作區(qū)空間曲面雖然能包含風力機運行的所有狀態(tài)點，但是對于分析不太方便，所以在實際應(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 風力機穩(wěn)定工作區(qū)曲線圖在曲線中，以轉(zhuǎn)矩的最大值為頂點連成的一條線AB，將曲線簇分成了兩部分，其中右側(cè)為穩(wěn)定運行區(qū)域，左側(cè)部分為不穩(wěn)定工作區(qū)域。由文獻[6]得，風力機軸上的輸出機械功率為： （29）式中， ——空氣密度（）； ——風機葉輪半徑（）； ——葉尖速比，定義為，其中為風力機葉輪轉(zhuǎn)速（），為等效風速（）；——槳距角（）； ——風能利用系數(shù)，是葉尖速比和葉片槳距角的函數(shù)；對于給定的風力機系統(tǒng)，的表達式是一定的。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,在沒有外力風速的情況下，由于受隨機噪聲風的影響，風速的曲線波動很大，在3s和4s時分別又受到陣行風與漸變風的影響，波形也出現(xiàn)了相應(yīng)的波動。（5） 合成風速模擬實際作用在風力機上的風速為： （28） （6）綜合風速模型圖24 綜合風速模型 輸入?yún)?shù)如下：① 基本風：。 （25）式中， ——陣風幅值（）； ——陣風周期（）；——陣風開始時刻（）。 風速模型 通常用四種成分的風速來模擬實際風速：基本風、陣風、漸變風和隨機風。根據(jù)風電場實際測風的結(jié)果，假設(shè)風速是以小時平均，按每小時正點前十分鐘測取，那么在一
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