風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真畢業(yè)論文-在線瀏覽
2024-08-07 16:50本頁面
【正文】 分的風(fēng)速來模擬實(shí)際風(fēng)速：基本風(fēng)、陣風(fēng)、漸變風(fēng)和隨機(jī)風(fēng)。一般認(rèn)為基本風(fēng)在一段時(shí)間內(nèi)不隨時(shí)間變化，可取常數(shù)。 （25）式中， ——陣風(fēng)幅值（）； ——陣風(fēng)周期（）；——陣風(fēng)開始時(shí)刻（）。圖23 漸變風(fēng)隨時(shí)間變化曲線圖（4） 隨機(jī)風(fēng)隨機(jī)風(fēng)表示風(fēng)速變化的隨機(jī)特性：隨機(jī)噪聲風(fēng)速。（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： （28） （6）綜合風(fēng)速模型圖24 綜合風(fēng)速模型 輸入?yún)?shù)如下：① 基本風(fēng)：。③ 漸變風(fēng)：，.④ 隨機(jī)風(fēng)：。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(dòng)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(dòng)。 風(fēng)力機(jī)建模與分析 風(fēng)力機(jī)能量轉(zhuǎn)換過程風(fēng)力機(jī)能量轉(zhuǎn)換模型的功率及轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式是根據(jù)流體力學(xué)中氣流的動(dòng)能計(jì)算公式，并結(jié)合貝茲理論得到的，詳見資料[4]。傳動(dòng)裝置主要包括輪轂、齒輪箱和傳動(dòng)軸，起連接和傳動(dòng)作用。在變槳距風(fēng)機(jī)中還應(yīng)包括槳距角控制環(huán)節(jié)。由文獻(xiàn)[6]得，風(fēng)力機(jī)軸上的輸出機(jī)械功率為： （29）式中， ——空氣密度（）； ——風(fēng)機(jī)葉輪半徑（）； ——葉尖速比，定義為，其中為風(fēng)力機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速（），為等效風(fēng)速（）；——槳距角（）； ——風(fēng)能利用系數(shù)，是葉尖速比和葉片槳距角的函數(shù)；對(duì)于給定的風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)，的表達(dá)式是一定的。這是采用變速風(fēng)電機(jī)組代替固定轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組的初衷之一。 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(duì)于分析不太方便，所以在實(shí)際應(yīng)用中多是取幾個(gè)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)曲線圖在曲線中，以轉(zhuǎn)矩的最大值為頂點(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。如圖26所示，曲線CD是由最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的連線而成的，曲線EF則是由最大功率點(diǎn)的連線而成。 基于葉素理論的風(fēng)力機(jī)建?；谌~素理論的風(fēng)輪建模是將葉片分為若干個(gè)微元，稱為葉素，通過對(duì)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，在風(fēng)輪半徑處取一長(zhǎng)度為的葉素，其弦長(zhǎng)為，節(jié)距角為。將沿與相對(duì)速度垂直及水平方向可分解為升力和阻力，當(dāng)很小時(shí)，可以近似的將葉素面積看成弦長(zhǎng)與葉素長(zhǎng)度的乘積，可得如下計(jì)算公式： （216）氣動(dòng)力按垂直和平行于旋轉(zhuǎn)平面方向分解為法向力和切向力，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩由切向力產(chǎn)生，則有轉(zhuǎn)矩微元： （217） 令，得總轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式： （218）式中， ——輪轂半徑； ——風(fēng)輪包含的槳葉個(gè)數(shù)； ——傾斜角(槳距角與攻角之和)。 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(jiǎn)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(gè)時(shí)間有的突變，之后繼續(xù)達(dá)到穩(wěn)定。由于變槳距系統(tǒng)的響應(yīng)速度受到限制,對(duì)快速變化的風(fēng)速,通過改變節(jié)距來控制輸出功率的效果并不理想。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(dòng)，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(duì)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(dòng)能的形式儲(chǔ)存起來；轉(zhuǎn)速
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