機模擬器氣動輸出特性驗證

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以上根據(jù)不同的方法建立了石家莊市風(fēng)機氣動特性模型，下面簡單地對所建石家莊市風(fēng)機仿真模型的正確性予以驗證。利用圖2—12所示石家莊市風(fēng)機仿真模型，石家莊市風(fēng)機是空載起動．原先運行在10m／s的風(fēng)速下，在10s時候給模型施加～個風(fēng)速階躍信號．則此時石家莊市風(fēng)機從10m／s的運行特性曲線上跳至l 5m／s的運行特性曲線上。如圖3-8所示，虛線為實際石家莊市風(fēng)機在風(fēng)速為10m／s和1 5m／s時的理論運行曲線，而實現(xiàn)則為石家莊市風(fēng)機仿真模型輸出的特性曲線，可以看出石家莊市風(fēng)機仿真模型與石家莊市風(fēng)機理論特性輸出十分吻合．圖3-8所示石家莊市風(fēng)機仿真模型可以代替實際石家莊市風(fēng)機進(jìn)行穩(wěn)態(tài)實驗研究。盡管如此．此時的石家莊市風(fēng)機模型僅僅是石家莊市風(fēng)機平均氣動特性的輸出值，不能體現(xiàn)石家莊市風(fēng)機的動26特性，不能進(jìn)行石家莊市風(fēng)機大慣量及其風(fēng)剪、塔影效應(yīng)的模擬，更不適合動態(tài)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究。要進(jìn)行石家莊市風(fēng)機動特性的模擬，必須對模型加以改進(jìn)，以適應(yīng)動態(tài)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究需要。由于本文側(cè)重于模擬方案的研究，具體的原動機控制部分不作說明。．
石家莊市風(fēng)機慣量模擬的必要性實驗所用動態(tài)模擬模擬器，其關(guān)鍵就是能夠盡量準(zhǔn)確地模擬實際石家莊市風(fēng)機動特性，進(jìn)而替代實際石家莊市風(fēng)機進(jìn)行實驗室條件下的風(fēng)力發(fā)電研究。對比實際石家莊市風(fēng)機與石家莊市風(fēng)機模擬器，實際石家莊市風(fēng)機的氣動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生部件是實際石家莊市風(fēng)機，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究中，由于電機慣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實際石家莊市風(fēng)機慣量，電機慣量往往忽略不計；而石家莊風(fēng)機廠模擬器中氣動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生部件則是按氣動轉(zhuǎn)矩指令控制的電動機。顯然，實際石家莊市風(fēng)機與模擬用電動機之間存在相當(dāng)大的慣量差，而在機電運動控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)中占慣量主導(dǎo)地位的部件決定了系統(tǒng)的動特性，故用轉(zhuǎn)動慣量相對實際石家莊市風(fēng)機可以忽略不計的電動機直接模擬石家莊市風(fēng)機廠的動態(tài)性顯然是有問題的，用此種方法設(shè)計的石家莊市風(fēng)機模擬器的動特性必然實際石家莊市風(fēng)機動態(tài)性存在較大差異，不能用于準(zhǔn)確的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實驗研究。近年來，由于實際石家莊市風(fēng)機廠與模擬用電動機慣量差異引起的動特性差異，在風(fēng)力發(fā)電的動態(tài)模擬系統(tǒng)的研究受到了學(xué)術(shù)界關(guān)注，如前所述目前主要有兩種解決方案；其一是通過附加硬件進(jìn)行模擬；其二是通過計算機軟件進(jìn)行模擬。采用附加硬件進(jìn)行模擬是利用調(diào)速飛輪進(jìn)行石家莊市風(fēng)機大慣性環(huán)節(jié)的模擬，雖然實驗結(jié)果理想，但是對于不同的石家莊市風(fēng)機要更換不同的飛輪，大大增加了實驗成本及其實驗的復(fù)雜性，而且所建立的一套硬件模擬系統(tǒng)僅能模擬幾種型號的石家莊市風(fēng)機，缺乏靈活性，并且對大功率石家莊市風(fēng)機進(jìn)行模擬時存在有一定的難度。采用軟件進(jìn)行動態(tài)27模擬，主要是根據(jù)石家莊風(fēng)機空氣動力學(xué)特性產(chǎn)生原動機的轉(zhuǎn)矩或者功率時，加入了轉(zhuǎn)動慣量動態(tài)環(huán)節(jié)補償，從而實現(xiàn)了對原動機響應(yīng)的動態(tài)修正，進(jìn)而使其模擬石家莊市風(fēng)機的實際動態(tài)響應(yīng)特性，本文的石家莊市風(fēng)機大慣量的模擬就是采用后者。
石家莊市風(fēng)機慣量補償原理分析
雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要由石家莊市風(fēng)機、機械傳動系統(tǒng)、發(fā)電機三部分組成。多數(shù)風(fēng)力發(fā)電的機械傳動部分由低速傳動軸、齒輪箱和高速傳動軸三部分組成。本節(jié)重點是研究實際石家莊市風(fēng)機系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)慣量差對系統(tǒng)的影響，考慮到實際石家莊市風(fēng)機的轉(zhuǎn)動慣量比傳動機構(gòu)大的多，傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量可以忽略，僅僅考慮機械傳動機構(gòu)為簡單的變比關(guān)系，經(jīng)轉(zhuǎn)動慣量折算，將其等效為集中質(zhì)量塊模型，從而簡化分析。
可以提取實際風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)框圖如圖3．9a所示，實際石家莊市風(fēng)機產(chǎn)生石家莊市風(fēng)機動態(tài)氣動轉(zhuǎn)矩，經(jīng)過齒輪箱升速驅(qū)動發(fā)電機工作。圖3．9b為慣量補償石家莊市風(fēng)機模擬系統(tǒng)框圖，通過動態(tài)轉(zhuǎn)矩軟件控制的電動機產(chǎn)生石家莊風(fēng)機氣動轉(zhuǎn)矩，軟件算法中加入了輸出轉(zhuǎn)矩慣量動態(tài)補償項，加入該項的目的是使得模擬系統(tǒng)與實際石家莊市風(fēng)機具有相同的慣量特性。在實際石家莊市風(fēng)機系統(tǒng)中，石家莊市風(fēng)機輸出轉(zhuǎn)矩瓦脅，而發(fā)電機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩死由不同的發(fā)電機控制算法而產(chǎn)生，此時風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速則由瓦Ⅲ。一易決定，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的動態(tài)特性由石家莊市風(fēng)機折算到高速軸的等效轉(zhuǎn)動慣量／。、發(fā)電機的轉(zhuǎn)動慣量以及其電機軸的摩擦系數(shù)B決定；而慣量補償石家莊市風(fēng)機模擬器系統(tǒng)中，石家莊市風(fēng)機氣動轉(zhuǎn)矩由軟件計算得出，而此時發(fā)電機轉(zhuǎn)子的動態(tài)特性由電動機28的轉(zhuǎn)動慣量厶、發(fā)電機的轉(zhuǎn)動慣量如及其電機軸的摩擦系數(shù)B決定。顯然實際與模擬系統(tǒng)具有不同的轉(zhuǎn)動慣量，如何才能保證其具有相同的動態(tài)性能呢?下面進(jìn)行具體分析。