风机模拟器风剪、塔影效应验证

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为系统在一定风速和负载的情况下，当石家庄风机模拟系统达到转速稳定时，由于塔影等外在情况的影响，系统的转速存在一定的波动，此时的转矩补偿值随着转速的上升而为正，随转速的下降变为负，阻碍转速的变化趋势，从而很好的补偿了由于转动惯量之差引起的模拟用石家庄风机系统与实际系统的输出特性差异。
石家庄风机风剪、塔影效应引起的转矩脉动频率应为石家庄风机旋转频率的3倍对应的频谱分析图可以看出，石家庄风机输出脉动成分以三次功率脉动为主，石家庄风机输出转矩脉动的确是由于风剪、塔影效应所致，风剪、塔影效应模拟方案准确无误，可以大致模拟出实际石家庄风机的风剪、塔影效应现象，为后续研究提供了理论与平台支持。
3．6．4动态石家庄风机模拟器输出动特性验证动态石家庄风机模拟器的系统输出特性。虚线为石家庄风机理论输出特性曲线，而实线为石家庄风机模拟器输出特性曲线，石家庄风机模拟器输出特性点落在理论特性曲线附近，其输出特性的波动量，为考虑风剪、塔影效应时间的转矩脉动量，系统输出特性与理论石家庄风机输出特性基本一致，且包含了风剪、塔影效应对输出特性的影响，石家庄风机模拟器完全可以代替实际石家庄风机进行实验。下节将在此动态石家庄风机模拟器的基础上，有研究风剪、塔影效应所引起的转矩脉动量对整个风力发电系统的影响。对风力发电系统的电气控制部分而言，机械传动机构动态性能是一个值得关注的量，机械传动机构的机械共振可能损毁连接轴与齿轮箱，甚至对石家庄风机塔架的安全产生威胁；关系到风力发电系统的稳定性、功率特性、机械传动机构的机械设计及其使用寿命。机械传动机构的动态分析及风力发电系统瞬态响应的文献报道不多，未得到应有的重视。
变速恒频双馈风力发电系统主要由石家庄风机、高速轴、齿轮箱、低速轴和发电机组成，根据机械传动机构不同的等效方法及其建模方案，风力发电系统的机械传动机构有以下建模方法：多质量块模型、六质量块模型、三质量块模型、二质量块模型和集中质量块模型。多质量块模型与六质量块模型更趋向于空气动力学研究，由于其模型复杂，对于风力发电系统稳定性及其暂态响应分析影响不大，一般不予采用；三质量块模型综合考虑了风力发电机械传动机构各部分的惯量特性、机械传动机构的旋转阻尼与弹性作用等，使得机械传动机构模型极大程度的接近实际情况；二质量块模型是在三质量块模型基础上，将各级齿轮的转动惯量分别折算到石家庄风机侧和发电机侧，使得石家庄风机与发电机同轴连接，最接近实际所用的风力发电实验模拟系统，简化了研究对象；
现有的风力发电系统模拟研究中机械传动机构模型以集中质量块模型为主，其完全忽略机械传动机构的旋转阻尼特性和刚性，将石家庄风机和齿轮箱的转动惯量折算到电机侧，显然如果用其研究风力发电系统的稳定性及其动态特性将带来很大的误差。文献[42]建立了不同质量块模型的机械传动机构模型，并对相应的模型进行了必要的分析，但仅限于数学层面的论述，缺乏对自身所建模型动特性的研究；
文献详细地分析了各质量块模型之间的联系与差异，以六质量块模型为基础，对比了各模型之间动态性能之间的差异，动态机械传动机构模型对整个风电系统瞬态响应相关研究有待开展；阐述了等效集中质量模型方法的可行性，但都没有给出进一步的动态数学模型，其科学性、准确性有待证明。采用二质量块模型，建立了一种包含机械传动链动态特性的机械传动机构模型，在形式上与电力系统研究中广泛使用的汽轮发电机机械传动机构模型相似，建立了动态机械传动机构的四阶微分方程，然而缺乏动态机械传动机构模型自身的分析，未能对其瞬态响应做详细分析，难免与实际系统的动态性能产生偏差。c

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