机模拟器气动输出特性验证

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以上根据不同的方法建立了石家庄市风机气动特性模型，下面简单地对所建石家庄市风机仿真模型的正确性予以验证。利用图2—12所示石家庄市风机仿真模型，石家庄市风机是空载起动．原先运行在10m／s的风速下，在10s时候给模型施加～个风速阶跃信号．则此时石家庄市风机从10m／s的运行特性曲线上跳至l 5m／s的运行特性曲线上。如图3-8所示，虚线为实际石家庄市风机在风速为10m／s和1 5m／s时的理论运行曲线，而实现则为石家庄市风机仿真模型输出的特性曲线，可以看出石家庄市风机仿真模型与石家庄市风机理论特性输出十分吻合．图3-8所示石家庄市风机仿真模型可以代替实际石家庄市风机进行稳态实验研究。尽管如此．此时的石家庄市风机模型仅仅是石家庄市风机平均气动特性的输出值，不能体现石家庄市风机的动26特性，不能进行石家庄市风机大惯量及其风剪、塔影效应的模拟，更不适合动态风力发电系统的研究。要进行石家庄市风机动特性的模拟，必须对模型加以改进，以适应动态风力发电系统的研究需要。由于本文侧重于模拟方案的研究，具体的原动机控制部分不作说明。．
石家庄市风机惯量模拟的必要性实验所用动态模拟模拟器，其关键就是能够尽量准确地模拟实际石家庄市风机动特性，进而替代实际石家庄市风机进行实验室条件下的风力发电研究。对比实际石家庄市风机与石家庄市风机模拟器，实际石家庄市风机的气动转矩产生部件是实际石家庄市风机，在风力发电系统研究中，由于电机惯量远远小于实际石家庄市风机惯量，电机惯量往往忽略不计；而石家庄风机厂模拟器中气动转矩产生部件则是按气动转矩指令控制的电动机。显然，实际石家庄市风机与模拟用电动机之间存在相当大的惯量差，而在机电运动控制系统中，系统中占惯量主导地位的部件决定了系统的动特性，故用转动惯量相对实际石家庄市风机可以忽略不计的电动机直接模拟石家庄市风机厂的动态性显然是有问题的，用此种方法设计的石家庄市风机模拟器的动特性必然实际石家庄市风机动态性存在较大差异，不能用于准确的风力发电系统实验研究。近年来，由于实际石家庄市风机厂与模拟用电动机惯量差异引起的动特性差异，在风力发电的动态模拟系统的研究受到了学术界关注，如前所述目前主要有两种解决方案；其一是通过附加硬件进行模拟；其二是通过计算机软件进行模拟。采用附加硬件进行模拟是利用调速飞轮进行石家庄市风机大惯性环节的模拟，虽然实验结果理想，但是对于不同的石家庄市风机要更换不同的飞轮，大大增加了实验成本及其实验的复杂性，而且所建立的一套硬件模拟系统仅能模拟几种型号的石家庄市风机，缺乏灵活性，并且对大功率石家庄市风机进行模拟时存在有一定的难度。采用软件进行动态27模拟，主要是根据石家庄风机空气动力学特性产生原动机的转矩或者功率时，加入了转动惯量动态环节补偿，从而实现了对原动机响应的动态修正，进而使其模拟石家庄市风机的实际动态响应特性，本文的石家庄市风机大惯量的模拟就是采用后者。
石家庄市风机惯量补偿原理分析
双馈风力发电系统主要由石家庄市风机、机械传动系统、发电机三部分组成。多数风力发电的机械传动部分由低速传动轴、齿轮箱和高速传动轴三部分组成。本节重点是研究实际石家庄市风机系统与模拟系统惯量差对系统的影响，考虑到实际石家庄市风机的转动惯量比传动机构大的多，传动机构的转动惯量可以忽略，仅仅考虑机械传动机构为简单的变比关系，经转动惯量折算，将其等效为集中质量块模型，从而简化分析。
可以提取实际风力发电系统框图如图3．9a所示，实际石家庄市风机产生石家庄市风机动态气动转矩，经过齿轮箱升速驱动发电机工作。图3．9b为惯量补偿石家庄市风机模拟系统框图，通过动态转矩软件控制的电动机产生石家庄风机气动转矩，软件算法中加入了输出转矩惯量动态补偿项，加入该项的目的是使得模拟系统与实际石家庄市风机具有相同的惯量特性。在实际石家庄市风机系统中，石家庄市风机输出转矩瓦胁，而发电机的负载转矩死由不同的发电机控制算法而产生，此时风力发电系统的转速则由瓦Ⅲ。一易决定，发电机转子的动态特性由石家庄市风机折算到高速轴的等效转动惯量／。、发电机的转动惯量以及其电机轴的摩擦系数B决定；而惯量补偿石家庄市风机模拟器系统中，石家庄市风机气动转矩由软件计算得出，而此时发电机转子的动态特性由电动机28的转动惯量厶、发电机的转动惯量如及其电机轴的摩擦系数B决定。显然实际与模拟系统具有不同的转动惯量，如何才能保证其具有相同的动态性能呢?下面进行具体分析。