【正文】 l c s d smmsq r _ c a l c q sm1 LiiLLLiiL???????? ????115 轉(zhuǎn)子電流控制環(huán) ? 轉(zhuǎn)子所需要的電壓 *d r d r d r*q r q r q ru u uu u u? ? ? ???? ? ???*d r r d r s r r q r* mq r r q r s r r d r s r ss()( ) ( )u R i L iLu R i L iL? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ? ???md r s r d rsq r r q rLu p L p iLu L p i????? ? ???? ???116 控制系統(tǒng)的構(gòu)成 控制信號 117 帶轉(zhuǎn)子位臵傳感器的定子磁鏈定向控制 118 無轉(zhuǎn)子位臵傳感器的定子磁鏈定向控制 119 交流勵(lì)磁的模糊自適應(yīng) PID控制 P P PI I ID D D( , )( , )( , )i C ii C ii C ik k f E Ek k f E Ek k f E E????? ????? ????1）確定模糊量的隸屬度 2）前件強(qiáng)度 (Premise Quantification)的確定 3）對比 (Matching),決定規(guī)則庫中哪些規(guī)則被使用。 第三，記錄的搜索結(jié)果的復(fù)用能改善系統(tǒng)響應(yīng)，提升系統(tǒng)性能。 首先，為了從風(fēng)中獲取最大能量，系統(tǒng)必須找到最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)。如在采用雙饋電機(jī)作為發(fā)電機(jī)的風(fēng)電系統(tǒng)中，由于轉(zhuǎn)子側(cè)變頻裝臵的直流母線上的功率隨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化曲線與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 — 功率曲線相似， ４）通過控制電磁轉(zhuǎn)矩使得直流母線功率輸出最大，從而近似獲得了最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)換。 爬山搜索法 85 １）通過不斷在線存儲(chǔ)最大風(fēng)能點(diǎn)信息以建立數(shù)據(jù)庫，并用于以后的尋優(yōu)控制中，加快了最大風(fēng)能追蹤的速度； ２）通過對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的離線訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了快速的最大風(fēng)能捕獲控制。風(fēng)力機(jī)的輸出機(jī)械功率一部分轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)的輸出電功率，一部分為系統(tǒng)損耗，包括軸上摩擦損耗和定轉(zhuǎn)子電損耗，還有一部分轉(zhuǎn)換為動(dòng)能儲(chǔ)存在風(fēng)機(jī)槳葉中。根據(jù)搜索步長的不同，該方法又有恒定步長法、變步長搜索法等。同樣，由于最優(yōu)功率曲線易受環(huán)境變化的影響，該方法的控制精度受到了限制。由于發(fā)電機(jī)輸出功率可以由其電流電壓值計(jì)算得到，因此此方法得到了廣泛的應(yīng)用。 若不同風(fēng)速下的最優(yōu)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 — 功率曲線已知，通過發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩直接控制其輸出有功功率跟蹤此曲線可實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲。 79 最優(yōu)轉(zhuǎn)矩法 同樣，該方法也有以下缺點(diǎn)： (1)最佳轉(zhuǎn)矩曲線由風(fēng)機(jī)廠家的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合而成，會(huì)隨環(huán)境因素而變化，限制了該方法的控制精度； (2)需已知發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩值，若增加轉(zhuǎn)矩傳感器，將導(dǎo)致系統(tǒng)成本顯著增加；若由轉(zhuǎn)矩公式求得該信息，則該方法將會(huì)對電機(jī)參數(shù)有很強(qiáng)的依賴性。若已知最優(yōu)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 — 轉(zhuǎn)矩曲線，通過轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，使得發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)時(shí)跟蹤此最優(yōu)曲線，對應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行在最大風(fēng)能捕獲點(diǎn)。 針對風(fēng)速測量精度的問題，可以設(shè)計(jì)微型電子的風(fēng)速、風(fēng)向傳感器等來改善風(fēng)速測量精度； 其它措施：通過發(fā)電機(jī)輸出功率和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信息結(jié)合已知的轉(zhuǎn)速 — 功率曲線，對迎風(fēng)面的風(fēng)速進(jìn)行估計(jì)，再根據(jù)估計(jì)值進(jìn)行最大風(fēng)能捕獲控制，提高了控制精度。該方法物理概念明確，實(shí)現(xiàn)簡單，但需要實(shí)時(shí)檢測風(fēng)速 v和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 Ωm，而且還需要已知最優(yōu)葉尖速比 λopt。假設(shè)最佳葉尖速比已知，并且風(fēng)速可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測得，則可以實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前風(fēng)速下風(fēng)機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速（對應(yīng)最大功率輸出點(diǎn)）。 思路：控制 β固定為最優(yōu)槳距角；風(fēng)速變化時(shí)，通過控制轉(zhuǎn)速和葉尖速比，直到系統(tǒng)運(yùn)行在最大風(fēng)能捕獲點(diǎn)。槳距角 β一定時(shí)，功率系數(shù) Cp與葉尖速比 λ呈拋物線關(guān)系，其凸點(diǎn)對應(yīng)最大風(fēng)能捕獲點(diǎn)，此處 λ稱為最佳葉尖速比。這種電機(jī)定子繞組有六個(gè)接線端子，通過開關(guān)控制不同的接法，即可得到不同的轉(zhuǎn)速。 62 3. 雙速極幅調(diào)制感應(yīng)發(fā)電機(jī) 這種感應(yīng)發(fā)電機(jī)只有一個(gè)定子繞組，轉(zhuǎn)子同前，但可以有兩種不同的運(yùn)行速度，只是繞組的設(shè)計(jì)不同于普通單速發(fā)電機(jī)。它的價(jià)格當(dāng)然也比通常的單速電機(jī)貴。電機(jī)有兩種轉(zhuǎn)速，分別決定于兩個(gè)繞組的極數(shù)。更重要的是，它不能利用轉(zhuǎn)子的慣性來吸收峰值轉(zhuǎn)矩，所以這種方法不能改善風(fēng)力機(jī)的疲勞壽命。主要效果是比以單一轉(zhuǎn)速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組有較高的年發(fā)電量，因?yàn)樗茉谝欢ǖ娘L(fēng)速范圍內(nèi)運(yùn)行于最佳葉尖速比附近。 59 變速發(fā)電技術(shù) 特點(diǎn)： ? 可獲得實(shí)時(shí)較優(yōu)的風(fēng)能利用系數(shù) ? 減少動(dòng)態(tài)載荷 ? 使得葉輪獲得更好的氣動(dòng)效應(yīng) ? 需使用變流器，成本增加，效率有所損失 ? 控制系統(tǒng)更為復(fù)雜 ? 對穩(wěn)定性要求更高 變速運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)有不連續(xù)變速和連續(xù)變速兩大類。此外，這種風(fēng)力機(jī)在結(jié)構(gòu)上和實(shí)用中還有很多的優(yōu)越性。 單獨(dú)運(yùn)行時(shí)可以很方便地調(diào)節(jié)電壓。 由于有同步裝臵，并網(wǎng)時(shí)沖擊電流很小。 功率因數(shù)可以很容易地通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝臵予以調(diào)整，既可以在滯后的功率因數(shù)下運(yùn)行，也可以在超前的功率因數(shù)下運(yùn)行。 57 感應(yīng)發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)的比較 項(xiàng)目 感應(yīng)發(fā)電機(jī) 同步發(fā)電機(jī) 功率因數(shù) 功率因數(shù)由輸出功率決定，不能調(diào)節(jié)。 維護(hù) 檢修定子的維護(hù)與同步機(jī)相同，轉(zhuǎn)子基本上不需要維護(hù)。 穩(wěn)定性 無失步現(xiàn)象，運(yùn)行時(shí)只需適當(dāng)限制負(fù)荷。 并網(wǎng) 強(qiáng)制并網(wǎng)，不需要同步裝臵。 尺寸 及重量 無勵(lì)磁裝臵，尺寸較小，重量較輕。 轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁繞組和阻尼繞組，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 勵(lì)磁 由電網(wǎng)取得勵(lì)磁電流，不需要?jiǎng)?lì)磁裝臵及勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝臵。 55 恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)一般來說比較簡單，所采用的發(fā)電機(jī)主要有兩種： １）同步發(fā)電機(jī)，運(yùn)行于由電機(jī)極數(shù)和頻率所決定的同步轉(zhuǎn)速 ２）鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)，以稍高于同步速的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。 (2)高效率地實(shí)現(xiàn)上述兩種能量轉(zhuǎn)換，以降低每度電的成本。 54 風(fēng)力發(fā)電用的發(fā)電機(jī) 對發(fā)電機(jī)及發(fā)電系統(tǒng)的一般要求 風(fēng)力發(fā)電包含了由風(fēng)能到機(jī)械能和由機(jī)械能到電能兩個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程，發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)承擔(dān)了后一種能量轉(zhuǎn)換任務(wù)。 52 ? 主要結(jié)論 ?風(fēng)力機(jī)輸出功率： ?風(fēng)能利用系數(shù)： ?最大風(fēng)能利用系數(shù)（貝茲極限）： 312mpPCAV??)31( a x ??? aC p3 2 3128m p w p pP C P A V C D V C???? ? ?53 ?風(fēng)力機(jī)特性 ?捕獲能量 — 功率特性 ?齒輪箱尺寸、匹配發(fā)電機(jī)類型 — 轉(zhuǎn)矩特性 ?塔基設(shè)計(jì) — 推力特性 通常利用 無量綱 的性能曲線來表示風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性是很方便的，假定風(fēng)輪葉片的空氣動(dòng)力特性正常，無量綱的風(fēng)輪空氣動(dòng)力性能將取決于 葉尖速度比 λ 和 葉片槳距角 β。在恒速運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)中，由于風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速不變，而風(fēng)速經(jīng)常在變化，因此 λ不可能經(jīng)常保持在最佳值 (即使是采用變槳距葉片 )， Cp值往往與其最大值相差很多，使風(fēng)力機(jī)常常運(yùn)行于低效狀態(tài)。在單位時(shí)間內(nèi)，從風(fēng)輪前到風(fēng)輪后氣流動(dòng)能的變化量就是為風(fēng)輪所吸收并使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的風(fēng)能 E： 22222121 ()2 2 2mVmVE A V V V?? ? ? ?46 風(fēng)輪在單位時(shí)間內(nèi)所接收的動(dòng)能也可用風(fēng)作用在風(fēng)輪上的力與風(fēng)輪截面處的風(fēng)速之乘積來表示 根據(jù)流體的動(dòng)量方程，風(fēng)作用在風(fēng)輪上的力等于單位時(shí)間內(nèi)通過風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面的氣流動(dòng)量的變化 風(fēng)輪可能吸收到的最大風(fēng)能 ？？ 1E F V?2 1 2()F m V m V A V V V?? ? ? ?21 2VVV ??22221 ( ) ( )4E A V V V V?? ? ?47 V2=V/3，風(fēng)輪可能吸收到的最大風(fēng)能 風(fēng)能利用系數(shù) Cp 3m a x827E A V??22221 ( ) ( )4E A V V V V?? ? ?pinECE?312inE A V??當(dāng) V2=V/3 m a x 16 0 . 5 9 327pC ??48 風(fēng)能利用系數(shù) 在實(shí)際應(yīng)用中常用風(fēng)能利用系數(shù) Cp對葉尖速比 λ的變化曲線表示該風(fēng)輪的空氣動(dòng)力特性。 44 風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)力特性 貝茲 (Betz)理論 ? 動(dòng)能捕獲裝置 靜壓差 動(dòng)能 45 風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)力特性 貝茲 (Betz)理論 由于風(fēng)輪在旋轉(zhuǎn)，使氣流產(chǎn)生落差，靠近風(fēng)輪處的空氣壓力增高，通過風(fēng)輪后壓力急劇下降，形成某種程度的真空，隨后真空程度逐漸減弱，直到恢復(fù)原來的壓力。實(shí)際情況中，真正的氣動(dòng)光滑表面是不存在的。翼型表面的粗糙度，特別是前緣附近的粗糙度，對翼型空氣動(dòng)力特性有很大影響。 Re Lv??43 影響升力系數(shù)和阻力系數(shù)的因素 翼型表面粗糙度的影響 ： 翼型表面由于材料加工以及環(huán)境的影響，不可能絕對光滑，總有些凹凸不平。雷諾數(shù)愈大的流動(dòng)，粘性作用愈小。 γ =μ/ρ， μ為粘性系數(shù) 雷諾數(shù)是一個(gè)無量綱數(shù)。 42 影響升力系數(shù)和阻力系數(shù)的因素 雷諾數(shù)的影響 ： cy、 cx不但與翼型及其在氣流中的位臵有關(guān)，也與阻滯空氣流動(dòng)的粘性力 (即摩擦力 )有關(guān)。這種槳葉叫做 變槳距式葉片，而把那種安裝角一經(jīng)裝好就不再能變動(dòng)的葉片稱為 定槳距 式葉片。如果葉片裝好后安裝角不再變化，那么雖在某一風(fēng)速下可能得到最好的氣動(dòng)力性能，但在其它風(fēng)速下則未必如此。而且各處受力比較均勻，也增加了葉片的強(qiáng)度。所以這樣的葉片不具備良好的氣動(dòng)力特性。 40 由于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片不同半徑處的線速度是不同的，因而相對于葉片各處的氣流速度 W在大小和方向上也都不同，如果葉片各處的安裝角都一樣，則葉片各處的實(shí)際攻角都將不同。 37 風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)力特性 升力和阻力 ： 1）上升 Fy與氣流方向垂直，它使平板上升 2）阻力 Fx與氣流方向相同 3) 升力是使風(fēng)力機(jī)有效工作的力，而阻力則形成對風(fēng)輪的正面壓力。 36 風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)力特性 空氣動(dòng)力： 1）是由于氣流繞物體流動(dòng)時(shí)，在物體表面處的流動(dòng)速度發(fā)生變化，引起氣流壓力的變化，即物體表面各處氣流的速度與壓力不同，從而對物體產(chǎn)生合成的壓力 。但不是每一種風(fēng)力機(jī)都必須具備所有這些環(huán)節(jié) 35 風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)和組成 風(fēng)力機(jī)的塔架除了要支撐風(fēng)力機(jī)的重量，還要承受吹向風(fēng)力機(jī)和塔架的風(fēng)壓，以及風(fēng)力機(jī)運(yùn)行中的動(dòng)載荷。風(fēng)向標(biāo)對應(yīng)每一個(gè)風(fēng)向都有一個(gè)相應(yīng)的脈沖輸出信號，通過偏航系統(tǒng)軟件確定其偏航方向和偏航角度，然后將偏航信號放大傳