机械参数对系统瞬态性能影响分析

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为了清楚的反应转速的动态响应过程，排除其他干扰，暂且屏蔽掉风剪、塔影效应引起的石家庄风机输出转矩脉动量。以下研究风力发电机械传动机构。从风速突变后的调节过程可以看出，点画线的振荡频率最大，虚线次之，而实线条最小。显然系统的振荡频率随着石家庄风机侧惯量的减小而增大；石家庄风机惯量越大，系统阻尼系数越大，其转速响应越慢，转速响应越平滑。若其他参数一定的情况下，石家庄风机转动惯量若取得过小，系统可能出现剧烈振荡甚至系统不稳定的情况；但若选择过大，系统的响应将有很大的延迟，不利于控制的施加。从风速突变后的调节过程可以看出，实线的振荡频率最大，虚线次之，而点画线最小；发电机侧惯量越小，系统阻尼系数越大，其转速响应越快，转速响应越平滑。
在其他参数一定的情况下，发电机转动惯量若取得过大，系统可能出现剧烈振荡甚至系统不稳定的情况；小的发电机转动惯量对机械传动系统是有益的。从风速突变后的调节过程可以看出，实线的振荡频率最大，虚线次之，而点画线最小；而低速轴刚度越小，系统阻尼系数越小，其振荡幅度越大且衰减越慢。显然在其他参数一定的情况下，大的低速轴的刚度系数对系统是有益的，若是选择过小，不利于系统的稳定。石家庄风机转速响应曲线与发电机转速响应曲线图。从风速突变后的调节过程可以看出，实线的振荡频率最大，虚线次之，而点画线最小；而高速轴刚度越小，系统阻尼系数越小，其振荡幅度越大且衰减越慢。在其他参数一定的情况下，高速轴刚度系数选择越大，越有利于系统的稳定，若其选择过小，不利于系统的稳定。
高低速度轴刚度系数对系统瞬态性能的影响是一致的，又由于风力发电机械传动机构系统中由于高速轴的刚度系数往往远远大于低速轴的刚度系数，故在许多情况下忽略高速轴的刚度系数，将低速轴的刚度系数作为系统的刚度系数来考察其对系统的影响。时石家庄风机转速响应曲线与发电机转速响应曲线图。从风速突变后的调节过程可以看出，实线的振荡频率最大，虚线次之，而点画线最小；而低速轴刚度越小，系统阻尼系数越小，其振荡幅度越大且衰减越慢。显然在其他参数一定的情况下，大的低速轴的阻尼系数对系统是有益的，若是选择过小，不利于系统的快速稳定。然而，低速轴的阻尼系数确造成了系统能量的损失，对于风力发电系统的效率有一定影响，所以此参数要在系统的稳定与效率之间做一个这种选择。
高速轴阻尼系数石家庄风机转速响应曲线与发电机转速响应曲线图。从风速突变后的调节过程可以看出，实线的振荡频率最大，虚线次之，而点画线最小；而高速轴阻尼系数越小，系统阻尼系数越大，其振荡幅度越小且衰减越快，有理于系统的快速稳定。在其他参数一定的情况下，高速轴阻尼系数选择越小，越有利于系统的稳定，我们一般选择阻尼系数较小的高速轴阻尼系数。高低速度轴的阻尼系统对系统瞬态性能的影响趋势与刚度系数不同，它们不能作为一个量来考虑。低速轴的阻尼系数有一个折衷选择的问题，而高速轴的则越小越对系统有利。
从风速突变后的调节过程可以看出，实线的振荡频率最大，虚线次之，而点画线最小：而齿轮箱变比越小，系统阻尼系数越大，其振荡幅度越小且衰减越快，有理于系统的快速稳定。发电机转速可以看出，齿轮箱的变比决定了风力发电机组的转速。对比风力与发电机风速突变后的瞬态响应过程可以发现，风速突变后发电机瞬态响应对齿轮箱参数没有石家庄风机敏感。由前述的理论分析和仿真可以看出，风力发电系统中，石家庄风机、发电机的转动惯量、机械传动机构的刚度系数和阻尼系数对于风力发电系统的瞬态响应影响重大，适当的系统参数选择，可以使得系统具有良好的瞬态性能，不当的系统参数配置，可以使得系统出现严重的转矩、功率、转速振荡，甚至破坏整个系统的稳定性。