風機模擬器風剪、塔影效應驗證

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為系統在一定風速和負載的情況下，當石家莊風機模擬系統達到轉速穩定時，由于塔影等外在情況的影響，系統的轉速存在一定的波動，此時的轉矩補償值隨著轉速的上升而為正，隨轉速的下降變為負，阻礙轉速的變化趨勢，從而很好的補償了由于轉動慣量之差引起的模擬用石家莊風機系統與實際系統的輸出特性差異。
石家莊風機風剪、塔影效應引起的轉矩脈動頻率應為石家莊風機旋轉頻率的3倍對應的頻譜分析圖可以看出，石家莊風機輸出脈動成分以三次功率脈動為主，石家莊風機輸出轉矩脈動的確是由于風剪、塔影效應所致，風剪、塔影效應模擬方案準確無誤，可以大致模擬出實際石家莊風機的風剪、塔影效應現象，為后續研究提供了理論與平臺支持。
3．6．4動態石家莊風機模擬器輸出動特性驗證動態石家莊風機模擬器的系統輸出特性。虛線為石家莊風機理論輸出特性曲線，而實線為石家莊風機模擬器輸出特性曲線，石家莊風機模擬器輸出特性點落在理論特性曲線附近，其輸出特性的波動量，為考慮風剪、塔影效應時間的轉矩脈動量，系統輸出特性與理論石家莊風機輸出特性基本一致，且包含了風剪、塔影效應對輸出特性的影響，石家莊風機模擬器完全可以代替實際石家莊風機進行實驗。下節將在此動態石家莊風機模擬器的基礎上，有研究風剪、塔影效應所引起的轉矩脈動量對整個風力發電系統的影響。對風力發電系統的電氣控制部分而言，機械傳動機構動態性能是一個值得關注的量，機械傳動機構的機械共振可能損毀連接軸與齒輪箱，甚至對石家莊風機塔架的安全產生威脅；關系到風力發電系統的穩定性、功率特性、機械傳動機構的機械設計及其使用壽命。機械傳動機構的動態分析及風力發電系統瞬態響應的文獻報道不多，未得到應有的重視。
變速恒頻雙饋風力發電系統主要由石家莊風機、高速軸、齒輪箱、低速軸和發電機組成，根據機械傳動機構不同的等效方法及其建模方案，風力發電系統的機械傳動機構有以下建模方法：多質量塊模型、六質量塊模型、三質量塊模型、二質量塊模型和集中質量塊模型。多質量塊模型與六質量塊模型更趨向于空氣動力學研究，由于其模型復雜，對于風力發電系統穩定性及其暫態響應分析影響不大，一般不予采用；三質量塊模型綜合考慮了風力發電機械傳動機構各部分的慣量特性、機械傳動機構的旋轉阻尼與彈性作用等，使得機械傳動機構模型極大程度的接近實際情況；二質量塊模型是在三質量塊模型基礎上，將各級齒輪的轉動慣量分別折算到石家莊風機側和發電機側，使得石家莊風機與發電機同軸連接，最接近實際所用的風力發電實驗模擬系統，簡化了研究對象；
現有的風力發電系統模擬研究中機械傳動機構模型以集中質量塊模型為主，其完全忽略機械傳動機構的旋轉阻尼特性和剛性，將石家莊風機和齒輪箱的轉動慣量折算到電機側，顯然如果用其研究風力發電系統的穩定性及其動態特性將帶來很大的誤差。文獻[42]建立了不同質量塊模型的機械傳動機構模型，并對相應的模型進行了必要的分析，但僅限于數學層面的論述，缺乏對自身所建模型動特性的研究；
文獻詳細地分析了各質量塊模型之間的聯系與差異，以六質量塊模型為基礎，對比了各模型之間動態性能之間的差異，動態機械傳動機構模型對整個風電系統瞬態響應相關研究有待開展；闡述了等效集中質量模型方法的可行性，但都沒有給出進一步的動態數學模型，其科學性、準確性有待證明。采用二質量塊模型，建立了一種包含機械傳動鏈動態特性的機械傳動機構模型，在形式上與電力系統研究中廣泛使用的汽輪發電機機械傳動機構模型相似，建立了動態機械傳動機構的四階微分方程，然而缺乏動態機械傳動機構模型自身的分析，未能對其瞬態響應做詳細分析，難免與實際系統的動態性能產生偏差。c

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