風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬與仿真研究

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1、風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬與仿真研究盧磊，楊淑英，謝震(合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院)摘要：為了滿足實(shí)驗(yàn)室中研究風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特性及驗(yàn)證其控制方案的需要，本文建立了兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬仿真模型，氣動(dòng)特性上綜合考慮了風(fēng)剪、塔影效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩、功率脈動(dòng)，并建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的傳動(dòng)軸的柔性體模型，進(jìn)而搭建了基于大型風(fēng)機(jī)的模擬仿真平臺(tái)。仿真結(jié)果表明，風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性與實(shí)際系統(tǒng)想吻合，適用于實(shí)驗(yàn)室條件下研究風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；風(fēng)剪；塔影屮圖分類號(hào)：TK89dynamicsimulationresearchonwindturbinegeneratorsystemLuLei

2、,YangShuying,XieZhen(SchoolofElectricEngineeringandAutomation,HefeiUniversityofTechnology,HeFei,China)Abstract:Tostudydynamicperformancesofwindturbinegeneratorsystem、andtodeterminethecontrolstructuresinlaboratory?Thedynamictorquegeneratedbywindturbine(WT)mustbesimulated.Intherepaper,adynam

3、icMWwindturbineemulatorisdesigned,whichconsiderwindshearandtowershadoweffect,andresulttheoscillationsintheoutputofpowerandtorqueofathreebladedwindturbine.Theshaftsystemofwindturbinegeneratorismodeledwithequivalentlumpmassmethodanddynamiccquations.Thcsimulationresultsshowthissimulationsyste

4、misfeasibleandefficient.Thewindturbinesimulatorclosetoactualonesandcanbeusedasasubstituteforactualwindturbineinexperiment.Keywords:windturbinegenerator;windshear;towershadow為了研究風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特性及驗(yàn)證其控制策略，就需要建立一個(gè)詳細(xì)的，能真實(shí)反映實(shí)際風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)模型，以便于高效、高質(zhì)量地進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究?，F(xiàn)有的機(jī)組模型卜2],要么在風(fēng)機(jī)氣動(dòng)特性上僅關(guān)注其靜態(tài)特性，即利用空氣動(dòng)力學(xué)基本公式計(jì)算風(fēng)

5、機(jī)的氣動(dòng)特性，忽略了風(fēng)機(jī)特有的風(fēng)剪、塔影等效應(yīng)⑴，要么對(duì)系統(tǒng)中的機(jī)械軸系進(jìn)行忽略或者僅采用簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，針對(duì)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)模擬的不足之處，本文提出了綜合考慮風(fēng)剪、塔影效應(yīng)和軸系扭振的風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬方案。并建立了基于兆瓦級(jí)風(fēng)屯機(jī)組的仿真模型，該模型更接近實(shí)際系統(tǒng)并能反映系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性，仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論模型的正確性。1風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)特性木文模擬的風(fēng)機(jī)靜動(dòng)態(tài)特性，以等效風(fēng)速的概念綜合風(fēng)剪、塔影效應(yīng)得出風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)氣動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩⑶，復(fù)現(xiàn)了實(shí)際風(fēng)機(jī)中存在的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，更加真實(shí)的反映了風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)氣動(dòng)特性,有利于后續(xù)工作(例如風(fēng)力發(fā)電的電網(wǎng)諧波污染)的開展。基金項(xiàng)目：教育部高等學(xué)校博上學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)

6、基金(200803591042)作者簡(jiǎn)介：盧磊(1987?)，男，碩士研究生，主耍研究方向：風(fēng)力發(fā)電技術(shù)通信聯(lián)系人：謝震(1976-),男，副教授，主耍研究方向：風(fēng)力發(fā)電大功率并網(wǎng)變流器.E-mail:ppsd2003xie@sina.com1.1風(fēng)機(jī)的靜態(tài)氣動(dòng)特性根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)可知，風(fēng)力機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)矩為：1p二一G(九邛(1)2其中5(入,0)采用經(jīng)驗(yàn)公式：(116)5(人卩)=0.5176、入-0.4卩-5e-2UL+0.0068X(2)其屮：丄一I_0.035、IX+0.()8p(T+f式中3為風(fēng)機(jī)角速度，R為槳葉半徑，p為空氣密度，九為葉尖速比，P為槳距角，V

7、為風(fēng)速。1.2風(fēng)剪、塔影效應(yīng)風(fēng)剪效應(yīng)是指風(fēng)速隨海拔高度變化而造成的對(duì)風(fēng)機(jī)捕獲轉(zhuǎn)矩和功率的影響；塔影效應(yīng)是指由于塔架對(duì)風(fēng)分布的影響所形成的對(duì)風(fēng)機(jī)捕獲轉(zhuǎn)矩和功率的影響，風(fēng)剪、塔影所引起的風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩、功率脈動(dòng)造成了電網(wǎng)電能質(zhì)量的污染⑷。圖1風(fēng)機(jī)的靜態(tài)氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩?轉(zhuǎn)速輸出特性Fig.1Torque-speedcurvesofawindturbine圖2風(fēng)剪、塔影效應(yīng)示意圖Fig.2thediagramofwindshearandtowershadow風(fēng)剪、塔影效應(yīng)對(duì)于輸出轉(zhuǎn)矩的影響可以轉(zhuǎn)化為相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)風(fēng)速變化［3