機械參數對系統瞬態性能影響分析

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為了清楚的反應轉速的動態響應過程，排除其他干擾，暫且屏蔽掉風剪、塔影效應引起的石家莊風機輸出轉矩脈動量。以下研究風力發電機械傳動機構。從風速突變后的調節過程可以看出，點畫線的振蕩頻率最大，虛線次之，而實線條最小。顯然系統的振蕩頻率隨著石家莊風機側慣量的減小而增大；石家莊風機慣量越大，系統阻尼系數越大，其轉速響應越慢，轉速響應越平滑。若其他參數一定的情況下，石家莊風機轉動慣量若取得過小，系統可能出現劇烈振蕩甚至系統不穩定的情況；但若選擇過大，系統的響應將有很大的延遲，不利于控制的施加。從風速突變后的調節過程可以看出，實線的振蕩頻率最大，虛線次之，而點畫線最小；發電機側慣量越小，系統阻尼系數越大，其轉速響應越快，轉速響應越平滑。
在其他參數一定的情況下，發電機轉動慣量若取得過大，系統可能出現劇烈振蕩甚至系統不穩定的情況；小的發電機轉動慣量對機械傳動系統是有益的。從風速突變后的調節過程可以看出，實線的振蕩頻率最大，虛線次之，而點畫線最小；而低速軸剛度越小，系統阻尼系數越小，其振蕩幅度越大且衰減越慢。顯然在其他參數一定的情況下，大的低速軸的剛度系數對系統是有益的，若是選擇過小，不利于系統的穩定。石家莊風機轉速響應曲線與發電機轉速響應曲線圖。從風速突變后的調節過程可以看出，實線的振蕩頻率最大，虛線次之，而點畫線最小；而高速軸剛度越小，系統阻尼系數越小，其振蕩幅度越大且衰減越慢。在其他參數一定的情況下，高速軸剛度系數選擇越大，越有利于系統的穩定，若其選擇過小，不利于系統的穩定。
高低速度軸剛度系數對系統瞬態性能的影響是一致的，又由于風力發電機械傳動機構系統中由于高速軸的剛度系數往往遠遠大于低速軸的剛度系數，故在許多情況下忽略高速軸的剛度系數，將低速軸的剛度系數作為系統的剛度系數來考察其對系統的影響。時石家莊風機轉速響應曲線與發電機轉速響應曲線圖。從風速突變后的調節過程可以看出，實線的振蕩頻率最大，虛線次之，而點畫線最小；而低速軸剛度越小，系統阻尼系數越小，其振蕩幅度越大且衰減越慢。顯然在其他參數一定的情況下，大的低速軸的阻尼系數對系統是有益的，若是選擇過小，不利于系統的快速穩定。然而，低速軸的阻尼系數確造成了系統能量的損失，對于風力發電系統的效率有一定影響，所以此參數要在系統的穩定與效率之間做一個這種選擇。
高速軸阻尼系數石家莊風機轉速響應曲線與發電機轉速響應曲線圖。從風速突變后的調節過程可以看出，實線的振蕩頻率最大，虛線次之，而點畫線最小；而高速軸阻尼系數越小，系統阻尼系數越大，其振蕩幅度越小且衰減越快，有理于系統的快速穩定。在其他參數一定的情況下，高速軸阻尼系數選擇越小，越有利于系統的穩定，我們一般選擇阻尼系數較小的高速軸阻尼系數。高低速度軸的阻尼系統對系統瞬態性能的影響趨勢與剛度系數不同，它們不能作為一個量來考慮。低速軸的阻尼系數有一個折衷選擇的問題，而高速軸的則越小越對系統有利。
從風速突變后的調節過程可以看出，實線的振蕩頻率最大，虛線次之，而點畫線最小：而齒輪箱變比越小，系統阻尼系數越大，其振蕩幅度越小且衰減越快，有理于系統的快速穩定。發電機轉速可以看出，齒輪箱的變比決定了風力發電機組的轉速。對比風力與發電機風速突變后的瞬態響應過程可以發現，風速突變后發電機瞬態響應對齒輪箱參數沒有石家莊風機敏感。由前述的理論分析和仿真可以看出，風力發電系統中，石家莊風機、發電機的轉動慣量、機械傳動機構的剛度系數和阻尼系數對于風力發電系統的瞬態響應影響重大，適當的系統參數選擇，可以使得系統具有良好的瞬態性能，不當的系統參數配置，可以使得系統出現嚴重的轉矩、功率、轉速振蕩，甚至破壞整個系統的穩定性。