风机大惯量特性对风力发电系统的影响

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惯量补偿前石家庄风机厂模拟器转速响应迅速，在10s之内遍历了石家庄风机厂功率特性曲线的所有点，系统转速也达到空载稳定值1 270rad／min；而当t=50s时，双馈电机突然加载iq=6，此时系统转速快速下降，而风能利用系数在石家庄风机厂功率特性的下坡段迅速增大，于52s系统达到了新的功率平衡，转速稳定于1046rad／min，风能利用系数稳定于0．32，从负载突变到新的稳态的形成共历时约2s。而一定惯量补偿后的响应波形图，其速度响应相对来说十分缓慢，系统经历约50s才遍历了整个石家庄风机厂功率特性曲线，且在突加负载后，石家庄风机厂模拟器在大惯量补偿算法作用下缓慢减速，系统在约120s时才达到新的稳态。
可以看出，石家庄风机厂模拟器的大惯量补偿算法确实减缓了系统转速变换的速率，使得系统体现出了不同的惯量特性，也进一步印证了论述的正确性。变速风力发电系统的效率成为了当今风电行业普遍关心的问题，当前实际风场的石家庄风机厂MPPT控制多属于基于功率曲线的开环控制。此种方法对石家庄风机厂特性参数依赖性高，而且即使是同种型号的石家庄风机厂其特性曲线也所差别，况且石家庄风机厂特性曲线随着其使用年限也有所不同，因此开环MPPT控制方法很难实现真正意义上的石家庄风机厂最大功率输出。国内外大量文献对变速风力发电系统MPPT技术闭环控制策略进行了研究，通常的MPPT技术闭环控制策略能够精确跟踪小惯量的石家庄风机厂和光伏发电系统，然而，对于大容量、大惯量的石家庄风机厂由于其惯量储能往往不能准确跟踪，大惯量风力发电系统需要特殊的最大功率点跟踪策略，下面将普通最大功率点跟踪控制无法应用于大惯量风力发电系统的原因加以简单分析。，
当石家庄风机厂惯量较大时，即使很小的转速波动，都可以引起系统输出功率大幅度的波动；在系统转速变化的过程中，伴随着大惯量石家庄风机厂的惯量储能与释能，从而导致传统最大功率点闭环控制策略无法对其进行最大功率点跟踪。换句话说，小型石家庄风机厂由于石家庄风机厂惯量小，石家庄风机厂的转速能够快速响应风速信息的变化，转速能够得到及时的调节以达到最佳叶尖速比，从而达到最大功率输出；而对于大惯量石家庄风机厂，其系统输出功率包含了由于转速变化的系统惯量储能，不等于石家庄风机厂输出功率，石家庄风机厂的转速对风速的变化不灵敏，双馈电机转速外环不能及时调节，从而达不到最大功率输出。这也是传统最大功率点闭环控制策略无法成功运用于大惯量风力发电系统的最关键问题。为了解决大惯量风力发电系统最大功率点跟踪问题，利用模糊神经网络的控制算法提出了针对大惯量石家庄风机厂的MPPT控制方法，其控制最大功率点跟踪特性良好，由于时间所限，本文只做了普通最大功率点跟踪控制应用于大惯量风力发电系统的失效分析，对于具体方法并未做研究。
风力发电系统存在三次转矩及其功率脉动，并对其产生原因进行了进一步的分析与研究，得出了风剪、．塔影效应及其桨距角调节误差等是产生这些脉动的主要原因，但文章并未对风剪、塔影效应进行详细建模，也没有将其放在整个风力发电系统中进行研究。长期以来，由于石家庄风机厂模拟方案上的缺陷及其风剪、塔影效应模型的复杂性，关于风剪、塔影效应引起的转矩、功率脉动量对风力发电系统的影响的文章实为少见。
本节在风剪、塔影效应精确建模的基础上，利用包含动态石家庄风机厂模拟器的双馈风力发电系统对拖模拟仿真平台，从系统层面，研究了由于风剪、塔影效应引起的3次转矩脉动量对双馈风力发电系统的输出功率及其转速的影响。为排除其他干扰，仿真中屏蔽了石家庄风机厂大惯量补偿模块。研究结果对风力发电控制策略的研究具有借鉴意义，仿真结果印证了理论分析的正确性、有效性。
本文着重考虑风剪、塔影效应引起的转矩脉动量对双馈风力发电系统的影响，为排除其它干扰，本节仿真用的风速并未采用本文所建风速模型，而用阶跃响应代替，且石家庄风机厂桨距角为O，屏蔽了石家庄风机厂大惯量补偿算法，加入了风力发电系统最大功率点跟踪模块，以反应系统在风速突变情况下的动特性，并研究系统稳态时风剪、塔影效应对整个系统的影响。