風(fēng)力機(jī)上的風(fēng)電場風(fēng)速建模

風(fēng)力機(jī)上的風(fēng)電場風(fēng)速建模

0機(jī)組功率波動(dòng)大、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子無效它具有安全無菌、零消耗等優(yōu)點(diǎn)，受到世界各國的贊譽(yù)。然而，由于風(fēng)速發(fā)電的高波動(dòng)和隨機(jī)性，它導(dǎo)致了風(fēng)裝置的功率變化，對(duì)電氣系統(tǒng)的能耗、趨勢(shì)、電壓和頻率的穩(wěn)定和運(yùn)行有顯著影響。雙饋式風(fēng)電機(jī)的定子繞組與電網(wǎng)直接相連,而轉(zhuǎn)子繞組則通過變流器與電網(wǎng)連接,轉(zhuǎn)子繞組電源的頻率、電壓、幅值和相位按運(yùn)行要求由變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié),機(jī)組可實(shí)現(xiàn)在不同的轉(zhuǎn)速下恒頻發(fā)電,滿足用電負(fù)載和并網(wǎng)的要求。精確的調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓,獨(dú)立控制1風(fēng)景拔高評(píng)價(jià)風(fēng)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能,易受風(fēng)速影響。因此,將風(fēng)速進(jìn)行分解和建模,對(duì)研究風(fēng)電出力波動(dòng)有重要意義。本節(jié)將風(fēng)速分解為四種類型1.1風(fēng)速的脈動(dòng)信號(hào)自然界的風(fēng)速是不斷變化的,主要可分為以下幾個(gè)類型:(1)基本風(fēng)由風(fēng)電場風(fēng)速測(cè)量所得的分布參數(shù)近似確定:式中,V(2)陣風(fēng)通常利用風(fēng)速在時(shí)域上的脈動(dòng)信號(hào)來描述風(fēng)速突然變化的特性:式中:V(3)漸變風(fēng)用漸變風(fēng)來模擬具有漸變特性的風(fēng)速:式中:V(4)隨機(jī)風(fēng)速對(duì)隨機(jī)風(fēng)速,可將其看成振動(dòng)的信號(hào)模型:式中:Φ綜上所述,作用在風(fēng)力機(jī)上的實(shí)際風(fēng)速為V1.2v的采集風(fēng)速變化率是評(píng)價(jià)風(fēng)速波動(dòng)特性的重要指標(biāo),具體如下:式中,△V由圖可知,以秒級(jí)為尺度采集數(shù)據(jù),△V較小,集中分布在0.1以內(nèi),而在0.3以內(nèi)的百分比達(dá)到99.55%。但是0.1左右的變化率仍會(huì)帶來風(fēng)電出力的波動(dòng)。2風(fēng)速影響電池的波動(dòng)2.1發(fā)電機(jī)發(fā)電能量轉(zhuǎn)化為電能在實(shí)際風(fēng)力發(fā)電中,風(fēng)能要通過葉片推動(dòng)輪轂,將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)移到軸上,才能推動(dòng)發(fā)電機(jī)將能量轉(zhuǎn)化為電能。(1)空氣動(dòng)力學(xué)模型空氣動(dòng)力功率P式中,R(2)輪轂?zāi)Ｐ洼嗇灥霓D(zhuǎn)動(dòng)慣量較大,風(fēng)能在通過輪轂到發(fā)電機(jī)的做功過程有時(shí)滯現(xiàn)象,可用一階慣性環(huán)節(jié)表示:式中,T2.2風(fēng)電功率波動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)風(fēng)能變化在時(shí)空分布上具有連續(xù)性,因而風(fēng)電功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)同時(shí)涉及在空間與時(shí)間上的不同分布特性為分析研究風(fēng)電功率的時(shí)間和空間波動(dòng)特性,采用如下指標(biāo)風(fēng)電功率波動(dòng)量風(fēng)電功率波動(dòng)率風(fēng)電功率變化率式中,2.3動(dòng)評(píng)價(jià)分析利用風(fēng)電機(jī)組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),基于上述的波動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo),計(jì)算不同時(shí)間尺度下的波動(dòng)量、波動(dòng)率和變化率,分析結(jié)果如圖2~4所示。經(jīng)分析知,隨時(shí)間尺度增大,3轉(zhuǎn)速n忽略電機(jī)鐵耗p式,轉(zhuǎn)速n忽略電機(jī)鐵耗p式,轉(zhuǎn)速n忽略電機(jī)鐵耗p式,c雙饋式風(fēng)電機(jī)定子繞組直接接于工頻電網(wǎng),轉(zhuǎn)子繞組則通過雙PWM變換器分析知,當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n忽略電機(jī)鐵耗P式中,s為轉(zhuǎn)差率,P如果進(jìn)一步不計(jì)銅耗影響:由上式知,轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差功率P4風(fēng)電出力穩(wěn)定性的仿真實(shí)驗(yàn)上面在理論上分析了雙饋式發(fā)電機(jī)對(duì)風(fēng)速引起的功率波動(dòng)有控制作用,使得風(fēng)電出力能夠盡可能保持穩(wěn)定,現(xiàn)在利用仿真實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這一理論的正確性。仿真實(shí)驗(yàn)采用將1臺(tái)DFIG接入無窮大電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,然后觀察其輸出的變化情況。4.1基本風(fēng)格基本風(fēng)速恒為8m/s,仿真時(shí)間設(shè)定為10s,結(jié)果如圖5~圖7所示4.2初始風(fēng)速8m/s風(fēng)速在第1s時(shí)由8m/s瞬間升至15m/s,以該速度保持8s后,在第9s時(shí)降至初始風(fēng)速8m/s,仿真時(shí)間為20s。結(jié)果如圖8~圖10所示。4.3仿真時(shí)間和參與試驗(yàn)初始風(fēng)速為8m/s,在1s時(shí)由8m/s經(jīng)過5s時(shí)間勻加速升至15m/s并持續(xù)作用3s時(shí)間。在第9s時(shí),回落至初始風(fēng)速8m/s,仿真時(shí)間為20s。結(jié)果如圖11~13所示。4.4隨機(jī)風(fēng)隨機(jī)風(fēng)速由計(jì)算機(jī)隨機(jī)給定,仿真時(shí)間為20s,結(jié)果如圖14~16所示。5雙饋式風(fēng)力發(fā)電控制電壓和功率上文列舉了風(fēng)速的不同類型,并解釋了風(fēng)速波動(dòng)帶來的風(fēng)能變化,最終導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)出力波動(dòng)這一因果關(guān)系,詳述了雙饋式風(fēng)電機(jī)對(duì)電壓和功率起到控制作用的原理,并通過仿真實(shí)驗(yàn),得到:在不同類型的風(fēng)速擾動(dòng)下,雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出無功功率變化不大,風(fēng)