風(fēng)機(jī)特性對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)影響仿真研究

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文章建立了基于風(fēng)速功率譜密度的風(fēng)速模型；得出了包含石家莊風(fēng)機(jī)大慣量及風(fēng)剪、塔影效應(yīng)的石家莊風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模型；考慮機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)柔性，建立了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)柔性軸模型，并得出了機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)機(jī)械參數(shù)最優(yōu)選擇規(guī)律；此外，還對(duì)雙饋發(fā)電機(jī)及其控制策略進(jìn)行了簡(jiǎn)單論述，并討論了模擬系統(tǒng)電氣參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。然而，上述研究還存在很多不足，一方面，雖然建立了動(dòng)態(tài)石家莊風(fēng)機(jī)模擬器模型，并未進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)速響應(yīng)特性分析。
另一方面，如本文所述動(dòng)態(tài)石家莊風(fēng)機(jī)模擬器已不能僅僅當(dāng)作一個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩源計(jì)算，其輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)該是一個(gè)包含慣量補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩、周期性脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩等的諧波轉(zhuǎn)矩，這樣一個(gè)動(dòng)態(tài)石家莊風(fēng)機(jī)對(duì)風(fēng)力發(fā)電后續(xù)系統(tǒng)會(huì)有哪些影響，需要施加哪些控制策略予以配合，這是一個(gè)值得關(guān)注的問題。基于以上問題的研究需要，本章首先建立起整個(gè)雙饋風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)的仿真模型，在此基礎(chǔ)上展開仿真研究，以探求動(dòng)態(tài)石家莊風(fēng)機(jī)特性對(duì)整個(gè)模擬系統(tǒng)的影響。首先建立了整個(gè)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真平臺(tái)，系統(tǒng)中原動(dòng)機(jī)(動(dòng)態(tài)石家莊風(fēng)機(jī)模擬器)輸出轉(zhuǎn)矩，而雙饋電機(jī)則相當(dāng)于它的負(fù)載，系統(tǒng)的穩(wěn)定是通過原動(dòng)機(jī)與雙饋發(fā)電機(jī)的能量平衡予以實(shí)現(xiàn)。
本文所建整個(gè)雙饋風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)仿真平臺(tái)，雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的仿真主要由風(fēng)速模型、動(dòng)態(tài)石家莊風(fēng)機(jī)模擬器模型、機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)模型、最大功率點(diǎn)跟蹤模塊和雙饋發(fā)電機(jī)及其控制模塊組成。這里有必要將雙饋電機(jī)的控制策略作以簡(jiǎn)單說明，雙饋電機(jī)系統(tǒng)采用經(jīng)典的雙閉環(huán)控制策略，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為轉(zhuǎn)速。最大功率點(diǎn)跟蹤控制策略是通過轉(zhuǎn)速外環(huán)控制來進(jìn)行的；而且雙饋電機(jī)為完全轉(zhuǎn)速控制，其中原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)均采用電動(dòng)機(jī)慣例。雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)速響應(yīng)特性，其中對(duì)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速不加任何控制，整個(gè)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工作于單電流環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定完全是靠石家莊風(fēng)機(jī)模擬器與發(fā)電機(jī)之間的功率平衡來完成。雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)先在隨機(jī)風(fēng)速的作用下空載起動(dòng)，使得石家莊風(fēng)機(jī)運(yùn)行在其特性曲線的下坡段，其輸出功率基本為零。
而在t=30s時(shí)，給雙饋電機(jī)突加一定負(fù)載，則此時(shí)石家莊風(fēng)機(jī)在風(fēng)場(chǎng)風(fēng)速下帶動(dòng)恒定負(fù)載做變速運(yùn)行，石家莊風(fēng)機(jī)在其不同的風(fēng)速曲線上來回切換。其中是按照第二章所建風(fēng)速模型模擬的風(fēng)場(chǎng)隨機(jī)風(fēng)速，風(fēng)速在7m／s附件波動(dòng)。為石家莊風(fēng)機(jī)模擬器輸出轉(zhuǎn)矩特性，由于石家莊風(fēng)機(jī)在O～30s屬于空載起動(dòng)，石家莊風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定后，石家莊風(fēng)機(jī)模擬器輸出轉(zhuǎn)矩近乎為零，只有在雙饋電機(jī)加載以后，石家莊風(fēng)機(jī)才在其不同風(fēng)速特性曲線上切換運(yùn)行，從而帶動(dòng)恒定負(fù)載作變速運(yùn)行。為石家莊風(fēng)機(jī)模擬器輸出總功率，可以看出其余石家莊風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出變化趨勢(shì)一致。可以看出系統(tǒng)在加載以后，其轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速周圍波動(dòng)，此時(shí)雙饋電機(jī)有多個(gè)從次同步到超同步的過度過程；其分別為雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子電流于轉(zhuǎn)予電壓在50～60s的放大．可以看出雙饋點(diǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)而從電網(wǎng)吸收能量，時(shí)而向電網(wǎng)輸送能量，其取決于雙饋電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
雙饋電機(jī)定子輸入功率可以看出，在恒定負(fù)載情況下，雙{i}I電機(jī)定予輸出功率基本恒定，只有細(xì)微的波動(dòng)；而雙饋電機(jī)輸入功率由于風(fēng)速的波動(dòng)，雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子功率有較大的波動(dòng)，雙饋電機(jī)定轉(zhuǎn)子總功率亦有較大的波動(dòng)，風(fēng)能的波動(dòng)直接影響到了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的能量波動(dòng)。