風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)仿真研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源危機(jī)的日益加劇以及環(huán)境的惡化加速人類對(duì)新能源的探求。風(fēng)能作為一種清潔、無污染、可再生的能源，受到世界各國的廣泛關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電已成為世界新能源的主要形式之一。
　　 研究風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是最理想的方法。由于風(fēng)場(chǎng)環(huán)境的不可控性，大量的風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)受自然條件的限制，難以達(dá)到預(yù)期效果。為提高風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研發(fā)水平，有必要研究一種能在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬風(fēng)力機(jī)特性的技術(shù)，簡化試驗(yàn)過程，縮短研究周期。風(fēng)力機(jī)模

2、擬系統(tǒng)，能夠不受環(huán)境影響，制定不同風(fēng)速模型，模擬不同風(fēng)力機(jī)的特性，為微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的建立奠定基礎(chǔ)。
　　 論文詳細(xì)地研究基于直流電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)的風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)，搭建了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)恒定風(fēng)速和變化風(fēng)速兩種情況，建立了計(jì)及風(fēng)力機(jī)剪切、塔影效應(yīng)的動(dòng)態(tài)模擬方案，使風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)的輸出特性和實(shí)際風(fēng)力機(jī)特性更為接近。具體研究內(nèi)容如下：
　　 (1)首先對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作了概述，分析國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀，對(duì)比多種風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)的模型

3、，在此基礎(chǔ)上對(duì)風(fēng)力機(jī)模擬技術(shù)展開研究。
　　 (2)研究基本風(fēng)、漸變風(fēng)、陣風(fēng)和隨機(jī)風(fēng)的數(shù)學(xué)模型，學(xué)習(xí)風(fēng)能轉(zhuǎn)換原理，建立風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)模型，采用Simulink得到風(fēng)能利用系數(shù)和葉尖速比、槳距角的仿真關(guān)系曲線，為運(yùn)用葉尖速比法控制風(fēng)力機(jī)捕獲最大風(fēng)能奠定基礎(chǔ)。此外，對(duì)風(fēng)力機(jī)模擬方法進(jìn)行了分析。
　　 (3)建立直流電動(dòng)機(jī)模型，將直流電動(dòng)機(jī)特性與風(fēng)力機(jī)特性曲線對(duì)比，得出其轉(zhuǎn)矩(或功率)特性與風(fēng)力機(jī)類似的結(jié)論，作為選取直流電

4、動(dòng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)力機(jī)特性模擬的依據(jù)。從穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性兩方面，建立了計(jì)及剪切效應(yīng)和塔影效應(yīng)的等效轉(zhuǎn)矩模型。采用梯度下降的自適應(yīng)PI控制法，使風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)與實(shí)際風(fēng)力機(jī)的輸出特性更為接近。通過仿真分析，結(jié)果表明：穩(wěn)態(tài)風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)的輸出特性與理論風(fēng)力機(jī)輸出特性比較接近；動(dòng)態(tài)風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)的輸出特性有一定的脈動(dòng)，能真實(shí)地反映實(shí)際風(fēng)力機(jī)的輸出特性。
　　 (4)學(xué)習(xí)異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速原理，建立三相靜止坐標(biāo)和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型

5、，通過比較異步電動(dòng)機(jī)特性與風(fēng)力機(jī)輸出特性的相似性，并采用矢量控制技術(shù)將異步電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，使模擬系統(tǒng)能真實(shí)地模擬實(shí)際風(fēng)力機(jī)的輸出特性。
　　 (5)以異步電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)建立風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)，在恒定風(fēng)速、變風(fēng)速和計(jì)及剪切效應(yīng)和塔影效應(yīng)引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的情況下進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明：在風(fēng)速突變時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)模擬風(fēng)力機(jī)的特性滿足風(fēng)力機(jī)的要求；受到剪切、塔影效應(yīng)的影響，模擬系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩有較明顯的脈動(dòng)；槳距角的改變對(duì)風(fēng)能利用系數(shù)