风机特性对风力发电系统影响仿真研究

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文章建立了基于风速功率谱密度的风速模型；得出了包含石家庄风机大惯量及风剪、塔影效应的石家庄风机动态模型；考虑机械传动机构柔性，建立了机械传动机构柔性轴模型，并得出了机械传动结构机械参数最优选择规律；此外，还对双馈发电机及其控制策略进行了简单论述，并讨论了模拟系统电气参数对系统性能的影响。然而，上述研究还存在很多不足，一方面，虽然建立了动态石家庄风机模拟器模型，并未进行整个系统的风速响应特性分析。
另一方面，如本文所述动态石家庄风机模拟器已不能仅仅当作一个稳态转矩源计算，其输出转矩应该是一个包含惯量补偿转矩、周期性脉动转矩等的谐波转矩，这样一个动态石家庄风机对风力发电后续系统会有哪些影响，需要施加哪些控制策略予以配合，这是一个值得关注的问题。基于以上问题的研究需要，本章首先建立起整个双馈风力发电模拟系统的仿真模型，在此基础上展开仿真研究，以探求动态石家庄风机特性对整个模拟系统的影响。首先建立了整个双馈风力发电系统仿真平台，系统中原动机(动态石家庄风机模拟器)输出转矩，而双馈电机则相当于它的负载，系统的稳定是通过原动机与双馈发电机的能量平衡予以实现。
本文所建整个双馈风力发电模拟系统仿真平台，双馈风力发电系统的仿真主要由风速模型、动态石家庄风机模拟器模型、机械传动结构模型、最大功率点跟踪模块和双馈发电机及其控制模块组成。这里有必要将双馈电机的控制策略作以简单说明，双馈电机系统采用经典的双闭环控制策略，内环为电流环，外环为转速。最大功率点跟踪控制策略是通过转速外环控制来进行的；而且双馈电机为完全转速控制，其中原动机和发电机均采用电动机惯例。双馈风力发电系统风速响应特性，其中对系统转速不加任何控制，整个双馈风力发电系统工作于单电流环状态，系统的转速稳定完全是靠石家庄风机模拟器与发电机之间的功率平衡来完成。双馈风力发电系统先在随机风速的作用下空载起动，使得石家庄风机运行在其特性曲线的下坡段，其输出功率基本为零。
而在t=30s时，给双馈电机突加一定负载，则此时石家庄风机在风场风速下带动恒定负载做变速运行，石家庄风机在其不同的风速曲线上来回切换。其中是按照第二章所建风速模型模拟的风场随机风速，风速在7m／s附件波动。为石家庄风机模拟器输出转矩特性，由于石家庄风机在O～30s属于空载起动，石家庄风机转速基本稳定后，石家庄风机模拟器输出转矩近乎为零，只有在双馈电机加载以后，石家庄风机才在其不同风速特性曲线上切换运行，从而带动恒定负载作变速运行。为石家庄风机模拟器输出总功率，可以看出其余石家庄风机转矩输出变化趋势一致。可以看出系统在加载以后，其转速在同步转速周围波动，此时双馈电机有多个从次同步到超同步的过度过程；其分别为双馈电机转子电流于转予电压在50～60s的放大．可以看出双馈点电机转子时而从电网吸收能量，时而向电网输送能量，其取决于双馈电机的运行状态。
双馈电机定子输入功率可以看出，在恒定负载情况下，双{i}I电机定予输出功率基本恒定，只有细微的波动；而双馈电机输入功率由于风速的波动，双馈电机转子功率有较大的波动，双馈电机定转子总功率亦有较大的波动，风能的波动直接影响到了风力发电系统的能量波动。