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國(guó)內(nèi)外風(fēng)能電場(chǎng)電氣畢業(yè)論文(參考版)

2025-06-28 14:09本頁(yè)面
  

【正文】 43。還好在大學(xué)最后的這一段時(shí)光里,一直有老師、同學(xué)和朋友們的幫助和支持,是他們的幫助,是我畢設(shè)從一開始的毫無頭緒開始一點(diǎn)一點(diǎn)累積,直到最后論文的完成,這是一個(gè)值得懷念的過程,你們的支持,是我不斷前進(jìn)的動(dòng)力。在此向鄧?yán)蠋熤乱宰钫\(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 參考文獻(xiàn)[1],1213頁(yè)[2],58頁(yè)[3](北京).2011,8頁(yè)[4],610頁(yè)[5],2011,35頁(yè)[6],2010,46頁(yè)[7],2008,6頁(yè)[8],2010,9頁(yè)[9] ,2010,7頁(yè)[10](自然科學(xué)版),2006,911頁(yè)[11],2010,58頁(yè)[12] (北京),2010,810頁(yè) [13] ,2010,36頁(yè) [14] ,2010,57頁(yè)[15],2005,3頁(yè)[16],2004,913頁(yè) 致謝在這一次的畢業(yè)論文完成的過程中,鄧英老師給予了我最親切的關(guān)懷和最悉心的指導(dǎo)。通過對(duì)不同風(fēng)況下的不同曲線進(jìn)行研究與對(duì)比,從而了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出力特性。然后運(yùn)用Bladed軟件,對(duì)風(fēng)電機(jī)的電氣部分進(jìn)行設(shè)計(jì)與建模,對(duì)風(fēng)電機(jī)雙饋異步電機(jī)在額定工況下的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性進(jìn)行計(jì)算。為了更好的了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性,研究并學(xué)習(xí)了PSCAD和Bladed兩款軟件。轉(zhuǎn)子側(cè)的無功時(shí)而向電網(wǎng)吸收無功功率,時(shí)而向電網(wǎng)輸出無功功率,且對(duì)風(fēng)速的變化十分敏感。對(duì)比轉(zhuǎn)子側(cè)的有功和無功曲線,可以看出他們的曲線在形狀上是對(duì)稱的,但是在數(shù)值上并不能相互抵消。從定子的無功功率曲線可以看出,風(fēng)電機(jī)組雙饋異步電機(jī)的定子側(cè)并不提供無功功率。轉(zhuǎn)子的電流波動(dòng)范圍在662A到693A之間,十分不穩(wěn)定,且對(duì)風(fēng)速的變化也很敏感,不過電流的變化范圍要小于定子側(cè)。雙饋電機(jī)的定子的電壓雖然發(fā)生波動(dòng),但波動(dòng)時(shí)發(fā)生在一個(gè)很小的范圍內(nèi),基本上在690V左右小范圍波動(dòng),這也符合雙饋異步電機(jī)的工作原理。由圖還可以發(fā)現(xiàn),在這種風(fēng)況下,當(dāng)風(fēng)速回歸到起始風(fēng)速時(shí),電機(jī)對(duì)電網(wǎng)的功率卻下降到低于之前穩(wěn)定時(shí)功率,隨后才慢慢回歸到穩(wěn)定時(shí)的功率,且保持波動(dòng)性穩(wěn)定。接著來研究起始風(fēng)速為18m/s時(shí)的風(fēng)電機(jī)組處理特性,風(fēng)況的參數(shù)設(shè)置如下圖所示:圖622 基本風(fēng)速為18m/s的極端風(fēng)況設(shè)置界面經(jīng)計(jì)算,可得風(fēng)速與電功率隨時(shí)間的變化曲線如下圖所示圖623 18m/s極端風(fēng)的功率與風(fēng)速隨時(shí)間的變化曲線經(jīng)計(jì)算后,可得風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓、電流、有功功率、無功功率隨時(shí)間的變化曲線,定子電壓、電流、有功功率、無功功率隨時(shí)間的變化曲線,如圖所示圖624 18m/s的極端風(fēng)速下風(fēng)電機(jī)組出力特性各參數(shù)的變化曲線通過圖623和624可以看出,起始風(fēng)速為18m/s情況下的功率明顯沒有起始風(fēng)速為12m/s情況下的功率穩(wěn)定,且當(dāng)風(fēng)速驟增時(shí),電機(jī)對(duì)電網(wǎng)功率也立即驟增,且當(dāng)風(fēng)速增到額定值時(shí),電機(jī)對(duì)電網(wǎng)功率也達(dá)到額定值。轉(zhuǎn)子側(cè)大部分時(shí)間處在向電網(wǎng)吸收有功功率的狀態(tài),且對(duì)風(fēng)速的變化十分敏感。轉(zhuǎn)子的電壓很不穩(wěn)定,且波動(dòng)范圍也十分大,在20V到220V之間波動(dòng)。定子側(cè)的有功功率也處在一個(gè)比較大的波動(dòng)范圍,在2030kW到2085kW之間波動(dòng),一直處于向電網(wǎng)輸出有功的狀態(tài),而且對(duì)風(fēng)速的變化也比較敏感,功率大部分的時(shí)間都維持在風(fēng)機(jī)的額定功率附近。定子的電流波動(dòng)范圍很大,波動(dòng)范圍在1700A到1745A之間,且十分不穩(wěn)定,對(duì)風(fēng)速的變化也比較敏感。也可看出功率曲線、定子電壓、定子電流、定子有功功率、轉(zhuǎn)子電流隨時(shí)間的變化曲線大致相同。當(dāng)風(fēng)速驟減時(shí),電機(jī)對(duì)電網(wǎng)功率也立即驟減,且功率驟減的穩(wěn)定性要低于功率驟增的穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)子側(cè)的無功時(shí)而向電網(wǎng)吸收無功功率,時(shí)而向電網(wǎng)輸出無功功率,且對(duì)風(fēng)速的變化十分敏感。對(duì)比轉(zhuǎn)子側(cè)的有功和無功曲線,可以看出他們的曲線在形狀上是對(duì)稱的,但是在數(shù)值上并不能相互抵消。從定子的無功功率曲線可以看出,風(fēng)電機(jī)組雙饋異步電機(jī)的定子側(cè)并不提供無功功率。轉(zhuǎn)子的電流波動(dòng)范圍在250A到700A之間,對(duì)風(fēng)速的變化也很敏感,不過電流的變化范圍要小于定子側(cè)。雙饋電機(jī)的定子的電壓雖然發(fā)生波動(dòng),但波動(dòng)時(shí)發(fā)生在一個(gè)很小的范圍內(nèi),基本上在690V左右小范圍波動(dòng),這也符合雙饋異步電機(jī)的工作原理。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速的時(shí)候,電機(jī)的功率也達(dá)到了額定功率。 極端風(fēng)況下的出力特性分析首先我們來設(shè)置陣風(fēng)的具體參數(shù),設(shè)置界面如下圖所示:圖615 極端風(fēng)況的參數(shù)定義與設(shè)置界面Amplitude of change的參數(shù)值用下面的公式來計(jì)算:(61)式中:(62)根據(jù)公式,可以求出基本風(fēng)速在8m/s 、12m/s 、18m/s 時(shí)所對(duì)應(yīng)的Amplitude of 、根據(jù)規(guī)定Time to start cycle的值為15s, Time period of cycle的值為12。轉(zhuǎn)子側(cè)大部分時(shí)間處在向電網(wǎng)吸收有功功率的狀態(tài),且對(duì)風(fēng)速的變化十分敏感。轉(zhuǎn)子的電壓很不穩(wěn)定,且波動(dòng)范圍也很大,在5V到62V之間波動(dòng)。定子側(cè)的有功功率也處在一個(gè)比較大的波動(dòng)范圍,在1600kW到2100kW之間波動(dòng),一直處于向電網(wǎng)輸出有功的狀態(tài),而且對(duì)風(fēng)速的變化也比較敏感,功率大部分的時(shí)間都維持在風(fēng)機(jī)的額定功率附近。定子的電流波動(dòng)范圍很大,波動(dòng)范圍在1350A到1750A之間,而且對(duì)風(fēng)速的變化也比較敏感。也可看出功率曲線、定子電壓、定子電流、定子有功功率、轉(zhuǎn)子電流隨時(shí)間的變化曲線大致相同。 極端風(fēng)況下的出力特性分析Bladed軟件中的Wind Turbulence模塊用來設(shè)置不同的風(fēng)況,在其中的Time varying wind選項(xiàng)卡中設(shè)定各種風(fēng)況,包括基本風(fēng),漸變風(fēng)和陣風(fēng),隨后在Power Production Loading中進(jìn)行計(jì)算,便可以得到在不同風(fēng)況下風(fēng)電機(jī)組出力特性的變化[7]。圖69 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)風(fēng)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的無功功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系由圖69可見,定子側(cè)在最初向電網(wǎng)輸出無功功率,且瞬時(shí)回歸為零,之后也一直處于沒有無功功率輸出的狀態(tài)。圖68 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)風(fēng)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的有功功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系有圖68可見,定子側(cè)最開始向電網(wǎng)輸出有功功率,且隨著轉(zhuǎn)速的增加,輸出的有功功率逐漸增大,在轉(zhuǎn)速為1760rpm時(shí),有功功率瞬時(shí)升高到額定值。圖67 Preliminary Electrical Data參數(shù)的定義與設(shè)置當(dāng)設(shè)定的參數(shù)完畢并符合要求時(shí),模塊右側(cè)的黃燈會(huì)變成綠燈,此時(shí)便可以對(duì)風(fēng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下的有功無功功率的輸出進(jìn)行計(jì)算。圖65 IGBT Converter的參數(shù)定義與設(shè)置在Calculation Parameters模塊中需要設(shè)置與定義參數(shù)包括發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速、最小轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)矩、最小轉(zhuǎn)矩等等,具體參數(shù)的設(shè)置如下圖。具體設(shè)置頁(yè)面如下圖所示。以下將對(duì)風(fēng)電機(jī)組電氣部分的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行具體的介紹,電氣部分設(shè)置的主操作界面如下圖所示。而在下面的各個(gè)計(jì)算模塊中可以對(duì)風(fēng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、急停狀態(tài)、正常停機(jī)、啟機(jī)狀態(tài)等各個(gè)情況進(jìn)行計(jì)算。 第六章 基于Bladed的電氣仿真為了更加深入的研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的出力特性,將用Bladed軟件對(duì)不同風(fēng)況下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出特性進(jìn)行模擬仿真與計(jì)算。整個(gè)風(fēng)電機(jī)組模型的各個(gè)模塊示意圖如下:圖51 風(fēng)模型、風(fēng)輪模型及變槳系統(tǒng)模型圖52 電機(jī)模型與電網(wǎng)模型圖53 定子側(cè)及網(wǎng)側(cè)變流器模型圖54 abc與dq0分量的變換及其反變換模型圖55 有功分量的控制模型圖56 無功分量的控制模型圖57 網(wǎng)側(cè)變流器的PWM控制模型 風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的模擬仿真搭建完模型后即可在PSCAD軟件上進(jìn)行模擬與仿真,將圖表與有功無功表的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行相關(guān)聯(lián),便可將測(cè)量結(jié)果顯示在圖表上。在電網(wǎng)側(cè)加入一個(gè)有功功率與無功功率電表即可對(duì)發(fā)電機(jī)的有功無功特性進(jìn)行測(cè)量與分析[9]。 變流器及其控制部分模型變流器主要由兩個(gè)部分組成,一部分是網(wǎng)側(cè)變流器,另一部分是轉(zhuǎn)子側(cè)變流器。電機(jī)的定子側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)分別有兩個(gè)電連接接口,其中定子側(cè)部分直接接入電網(wǎng),而轉(zhuǎn)子側(cè)部分將與變流器及其控制系統(tǒng)相連,控制系統(tǒng)部分的另一側(cè)與電網(wǎng)相連。其中額定速度由設(shè)定額定值來完成設(shè)置。一般來說,在電機(jī)剛剛開始啟動(dòng)時(shí)采用速度控制,啟動(dòng)的暫態(tài)結(jié)束后,切換至轉(zhuǎn)矩控制模式。 發(fā)電機(jī)模型在PSCAD軟件中的電機(jī)類型中提供了多種發(fā)電機(jī)模型可供選擇,有鼠籠型感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電機(jī)等等。有一個(gè)輸出量,為槳距角的值。在風(fēng)輪模型中可以設(shè)置發(fā)電機(jī)額定功率、葉片半徑、掃風(fēng)面積、空氣密度等數(shù)值。其中風(fēng)速由風(fēng)速模型來提供,風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速由發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過相關(guān)計(jì)算后得到,而槳距角由變槳系統(tǒng)來提供。風(fēng)模型用的是軟件中的Wind Source模塊的功能,該模塊可以以風(fēng)速為輸出量,在該模型中可以分別設(shè)置基本風(fēng)的平均風(fēng)速,漸變風(fēng)和陣風(fēng)的幅度、發(fā)生時(shí)間等數(shù)值來實(shí)現(xiàn)各種風(fēng)模型的輸出。 風(fēng)模型風(fēng)電機(jī)組以風(fēng)能作為原動(dòng)力,風(fēng)的特性直接決定了機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性。 第五章 風(fēng)電機(jī)組有功無功特性的模擬與仿真 風(fēng)電機(jī)組的建模在PSCAD軟件上進(jìn)行建模首先需要了解風(fēng)電機(jī)組的各個(gè)基本模塊的功能及其特點(diǎn),根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的基本組成,將其分為風(fēng)模塊、風(fēng)輪模塊、變槳距模塊、電機(jī)模塊、電網(wǎng)模塊及變流器及其控制模塊。(7) 可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立(不與電網(wǎng)連接)運(yùn)行,幾個(gè)相同的獨(dú)立運(yùn)行機(jī)組也可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行。(5) 與電網(wǎng)連接簡(jiǎn)單,并可實(shí)現(xiàn)功率因子的調(diào)節(jié)。(3) 可以減小旋轉(zhuǎn)部件的機(jī)械應(yīng)力。 系統(tǒng)的優(yōu)越性(1) 這種變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)可以控制異
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