风机模拟器大惯量特性验证

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下面利用前述风剪效应对等效风速的影响影响模型与塔影效应对等效风速的影响模型进行对比研究，风剪效应对等效风速的影响的仿真结果如图3．1 7ab所示，图a为单个桨叶引起的风剪等效风速，图b为三桨叶引起的风剪等效风速。(图中等效风速用标幺值％／％表示)可以看出三桨叶引起的风剪等效风速远远小于单个桨叶的，与上面理论分析完全吻合。塔影效应对等效风速的影响的仿真结果如图3．17cd所示，图c为单个桨叶引起的塔影等效风速，图d为三桨叶引起的塔影等效风速，仿真结果可以看出塔影效应引起的转矩脉动远远大于风39剪效应，风剪塔影效应引起的转矩脉动频率为石家庄风机旋转频率的3倍，与已有结论一致。由于风剪塔影效应引起的转矩脉动频率为石家庄风机旋转频率的3倍，故我们称风剪、塔影引起的风力发电系统的功率脉动为三次谐波脉动，有关由于风剪、塔影效应引起的石家庄风机输出转矩、功率脉动对风力发电系统并网电能质量的影响将在第6．4节作以详细探讨。3．6动态石家庄风机模拟器综合仿真分析
3．6．1石家庄风机模拟器功率特性验证如图3．1 8所示，石家庄风机输出功率特性曲线为单峰抛物曲线，为了验证动态石家庄风机模拟器的确输出的是实际石家庄风机特性，现对风力发电模拟系统进行加载实验加以验证。我们知道，石家庄风机功率曲线的上坡段是石家庄风机运行的不稳定区域，而下坡段则是其运行的稳定区域。现假定石家庄风机运行在V1风速所对功率曲线的上坡段的B点，此时给发电机缓慢加载，则石家庄风机负载转矩增加，从而导致石家庄风机的转速降低，假设此时工作于A点，而石家庄风机的转速降低又造成了石家庄风机发出转矩的进一步降低，由于此时负载转矩仍将大于石家庄风机输出转矩，石家庄风机转速将进一步降低，这样就形成了一个正反馈系统，直到石家庄风机停机。而假若石家庄风机运行在Vl风速所对功率曲线上坡段的E点，此时给石家庄风机缓慢加载，则石家庄风机负载转矩缓慢增加，从而导致石家庄风机的转速降低，而此时石家庄风机的转速降低使得石家庄风机发出转矩的提高。
由于此时负载转矩仍然未变，石家庄风机输出转矩的缓慢上升必然使得石家庄风机输出转矩与负载转矩达到新的平衡，假设此时的平衡点位D点，显然石家庄风机功率曲线的下坡段是一个稳定的负反馈系统。当加载实验使得石家庄风机稳定工作在临界稳定点C时，此时石家庄风机进入了最大功率点输出状态。而如果加载过大，使得石家庄风机运行越过临界稳定点C，进入石家庄风机功率曲线的上坡段，如前所述，将复现不稳定区域的石家庄风机特性，直至系统停为本文所建动态石家庄风机模拟器运行特性圄，图3—20a为带惯性补偿与不带惯量补偿的石家庄风机模拟系统空载起动阶段仿真图，图中虚线为不带惯量补偿的石家庄风机模拟系统空载起动特性曲线，实线为惯量补偿的石家庄风机模拟系统空载起动特性曲线，上圈为石家庄风机输出转矩，中图为对应模拟用电机转速，下图为惯量补偿转矩，其中的惯量补偿转矩仅仅针对带惯性补偿的石家庄风机模拟器而言。由图可知：空载起动时，不带惯量补偿的石家庄风机模拟器转速迅速上升，并于1 5s时转速达到稳态值；而带惯性补偿的石家庄风机模拟器转速缓慢上升，4 5s时转速才达到稳态值。分析两者起动特性差异的原因，主要是带惯性补偿的石家庄风机模拟器的惯性补偿转矩减缓了转速的上升速度，惯性补偿转矩在起动阶段总体表现为正，减小了施加在电动机上的实时转矩信号。其中石家庄风机输出转矩上的波动时因为风剪、塔影效应的影响。