在线天堂中文在线资源网_少妇高潮喷水在线观看_午夜福利一区二区三区在线观看_国产在线国偷精品免费看_亚洲国产欧美在线观看

　　變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組于20世紀(jì)的最后幾年加人到了大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主流機(jī)型的行列中。與恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的優(yōu)越性在于：低風(fēng)速時(shí)它能夠根據(jù)風(fēng)速變化，在運(yùn)行中保持最佳尖速比以獲得最大風(fēng)能；篼風(fēng)速時(shí)利用葉輪轉(zhuǎn)速的變化，儲(chǔ)存或釋放部分能量，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性，使功率輸出更加平穩(wěn)。因而在大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正在取代恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而成為風(fēng)力發(fā)電的主力機(jī)型。

　　變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制主要通過(guò)兩個(gè)階段來(lái)實(shí)現(xiàn)。在額定風(fēng)速以下時(shí)，主要通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電磁阻轉(zhuǎn)矩使風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化，以獲得最佳葉尖速比；在高于額定風(fēng)速時(shí)，主要通過(guò)變距系統(tǒng)改變槳葉節(jié)距來(lái)限制風(fēng)力機(jī)獲取能量，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組保持在額定值下發(fā)電。通常將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為一個(gè)連續(xù)的隨機(jī)的非線性多變量系統(tǒng)來(lái)考慮，可以采用帶輸出反饋的線性二次最佳控制技術(shù)，根據(jù)已知系統(tǒng)的有效模型，設(shè)計(jì)出滿足變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行要求的控制器。

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變速運(yùn)行是建立在交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)上的。交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電是在異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子中施加三相低頻交流電流實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的幅值、頻率、相序，確保發(fā)電機(jī)輸出功率恒頻恒壓。同時(shí)采用矢量變換控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)有功功率、無(wú)功功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)有功功率可調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲的追蹤控制；調(diào)節(jié)無(wú)功功率可調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率因數(shù)，提篼風(fēng)電機(jī)組及所并電網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)運(yùn)行穩(wěn)定性。

　　由于現(xiàn)代電力電子技術(shù)已能構(gòu)造出輸人、輸出特性良好，功率可雙向流動(dòng)的PWM整流-PWM逆變形式的變頻器，將其用作交流勵(lì)磁電源不僅能確保同步速上、下的變速恒頻發(fā)電特性，同時(shí)能確保發(fā)電質(zhì)量，真正意義上實(shí)現(xiàn)綠色能源的綠色變換，使變速恒頻發(fā)電技術(shù)具有可持續(xù)發(fā)展的重要特性。

　　采用變速恒頻技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包含了空氣動(dòng)力學(xué)、機(jī)械力學(xué)、電工技術(shù)、電子技術(shù)、控制理論等眾多學(xué)科的交叉技術(shù)成果，因此必須從系統(tǒng)的角度對(duì)其進(jìn)行綜合的分析研究。本文將首先從分析風(fēng)力機(jī)特性出發(fā)，討論實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲的風(fēng)電系統(tǒng)速度控制原則。針對(duì)交流勵(lì)磁異步發(fā)電機(jī)的特性，采用定子磁鏈定向的矢童變換控制策略，獲得發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功的解耦和獨(dú)立調(diào)節(jié)能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲的高效發(fā)電運(yùn)行。最后提供系統(tǒng)仿真研究結(jié)果，以驗(yàn)證本文提出的控制策略的正確性和有效性。

　　2風(fēng)力機(jī)最大風(fēng)能捕獲運(yùn)行機(jī)制風(fēng)力機(jī)的特性通常由一族包含功率系數(shù)cP的無(wú)因次性能曲線來(lái)表達(dá)，功率系數(shù)是風(fēng)力機(jī)葉尖速比x的函數(shù)，如圖所示。

　　cPu）曲線是槳葉節(jié)距角的函數(shù)。從圖上可以看到CP（A）曲線對(duì)槳葉節(jié)距角的變化規(guī)律：當(dāng)槳葉節(jié)距角逐漸增大時(shí)，CpU）曲線將顯著地縮小。

　　最大功率。是一條典型的CP（A）曲線。

　　尖速比可以表示為：一風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪角速度（rad/s）一葉片半徑（m）；主導(dǎo)風(fēng)速（m/s）。

　　一葉尖線速度根據(jù)風(fēng)力機(jī)從風(fēng)中捕獲的機(jī)械功率：在風(fēng)速給定的情況下，葉輪獲得的功率將取決于功率系數(shù)。如果在任何風(fēng)速下，風(fēng)力機(jī)都能在Chi點(diǎn)運(yùn)行，便可增加其輸出功率。根據(jù)，在任何風(fēng)速下，只要使得風(fēng)輪的尖速比纟=>，就可維持風(fēng)力機(jī)在Ck，下運(yùn)行。因此，風(fēng)速變化時(shí)，只要調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，使葉尖速度與風(fēng)速之比保持不變，就可獲得最佳的功率系數(shù)。這就是變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的基本目標(biāo)。

　　為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)運(yùn)行時(shí)CpCp，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組受到給定的功率-轉(zhuǎn)速曲線控制。，的給定值隨轉(zhuǎn)速變化，由轉(zhuǎn)速反饋算出。以計(jì)算值為依據(jù)，連續(xù)控制發(fā)電機(jī)輸出功率，使其跟蹤Popt曲線變化。用目標(biāo)功率與發(fā)電機(jī)實(shí)測(cè)功率之偏差驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到平衡。

　　最佳功率和風(fēng)輪功率功率-轉(zhuǎn)速特性曲線的形狀由和A，決定。

　　給出了轉(zhuǎn)速變化時(shí)不同風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率與目標(biāo)功率的關(guān)系。假定風(fēng)速是％，點(diǎn)A2是轉(zhuǎn)速為600r/min時(shí)發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)，點(diǎn)是風(fēng)力機(jī)的工作點(diǎn)，它們都不是最佳點(diǎn)。由于風(fēng)力機(jī)械功率（點(diǎn)大于電功率（點(diǎn)Az），過(guò)剩功率使轉(zhuǎn)速增大（產(chǎn)生加速功率），節(jié)后者等于A，和A2兩點(diǎn)功率之差。隨著轉(zhuǎn)速增大，目標(biāo)功率遵循P曲線持續(xù)增大。同樣，風(fēng)力機(jī)的工作點(diǎn)也沿％曲線變化。工作點(diǎn)和A2最終將在點(diǎn)A3交匯，風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)在點(diǎn)A3功率達(dá)成平衡。

　　發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)是氏，風(fēng)力機(jī)的工作點(diǎn)是B，。由于發(fā)電機(jī)負(fù)荷大于風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械功率，故風(fēng)輪轉(zhuǎn)速減小。隨著風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的減小，發(fā)電機(jī)功率不斷修正，沿曲線變化。風(fēng)力機(jī)械輸出功率亦沿％曲線變化。隨著風(fēng)輪轉(zhuǎn)速降低，風(fēng)輪功率與發(fā)電機(jī)功率之差減小，最終兩者將在點(diǎn)B3交匯。

　　實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲運(yùn)行的關(guān)鍵是風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制。本研究中，風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的控制是通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出有功功率，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電磁阻轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)的。

　　3交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電原理交流勵(lì)磁變速恒頻雙饋發(fā)電系統(tǒng)原理性示意圖如所示，發(fā)電機(jī)一般為三相繞線式異步發(fā)電機(jī)，定子繞組并網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組外接三相轉(zhuǎn)差頻率的變頻器，實(shí)現(xiàn)交流勵(lì)磁。當(dāng)風(fēng)速變化引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，應(yīng)控制轉(zhuǎn)子電流的頻率/2使定子輸出頻率A恒定。根據(jù)關(guān)系，當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速/1低于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)處于亞同步速運(yùn)行，此時(shí)變頻器向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供正相序勵(lì)磁，調(diào)節(jié)后輸出電壓分量'，再加上電壓補(bǔ)償分量就可獲得轉(zhuǎn)子電壓指令U二，經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換就得到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子三相電壓控制量戶=1.251/1113，無(wú)功功率值Cr=350W風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)軸間通過(guò)一增速比N=7.864的變速齒輪箱連接。故發(fā)電機(jī)角速度叫和風(fēng)力機(jī)角速度％關(guān)系為叫=0=7.8460，理論計(jì)算得到在風(fēng)速下發(fā)電機(jī)最佳角速度為假定在第10秒時(shí)刻風(fēng)速由4m/s升至6. 8m/s，按上式得兩風(fēng)速下發(fā)電機(jī)的理論最佳轉(zhuǎn)速分別表示隨著風(fēng)速的變化發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的過(guò)程，第一次調(diào)節(jié)是從并網(wǎng)時(shí)刻的167.5rad/s開(kāi)始，5s后轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定，第二次調(diào)節(jié)開(kāi)始于風(fēng)速發(fā)生階躍的10s時(shí)刻，20s時(shí)后轉(zhuǎn)速趨于平穩(wěn)，調(diào)節(jié)后兩個(gè)最佳角速度分別穩(wěn)定在122. 92rad/S變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的仿真s，與理論計(jì)算值非常吻合。和為發(fā)電機(jī)基于以上定子磁鏈定向矢量控制的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型，采用Matlab/Simulink軟件實(shí)現(xiàn)了風(fēng)速變化下最大風(fēng)能追蹤控制的運(yùn)行仿真。

　　仿真中所用的參數(shù)參見(jiàn)附錄。假定空氣密度定、轉(zhuǎn)子電流波形。從中可看出，隨著發(fā)電機(jī)輸出功率的增大，定子電流的幅值也相應(yīng)增大，但頻率始終恒定為60Hz，實(shí)現(xiàn)了恒頻。為轉(zhuǎn)子電流的變化過(guò)程，隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，轉(zhuǎn)子電流頻率不斷變化，轉(zhuǎn)速過(guò)同步點(diǎn)時(shí)其頻率為零。和0描述了發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子側(cè)的功率情況。從可看出，隨著風(fēng)速的變化，發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)總能輸出最大功率；同時(shí)還可以看出，在發(fā)電機(jī)輸出有功功率P變化的時(shí)候，無(wú)功功率Q保持不變，確實(shí)實(shí)現(xiàn)了P和Q的解耦控制。表示了在追蹤最大風(fēng)能過(guò)程中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)功率愾的流動(dòng)方向，發(fā)電機(jī)亞同步速運(yùn)行時(shí)，P2>，表示功率從電網(wǎng)流向發(fā)電機(jī)；超同步運(yùn)行時(shí)，朽<，表示功率從發(fā)電機(jī)流向電網(wǎng)；因此，作為交流勵(lì)磁電源的變頻器不僅要有優(yōu)良的輸入、輸出特性，而且還必須要有功率雙向流動(dòng)的能力。同時(shí)還可以看出，變頻器容量決定于同步速上下的運(yùn)行速度范圍，如果在同步速上下1/3額定速度范圍內(nèi)運(yùn)行，理論上只需1/3額定功率的變頻器，這是采用交流勵(lì)磁的雙饋發(fā)電方式的巨大優(yōu)越性。

　　本文在分析了風(fēng)力機(jī)特性和交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，研究了追蹤最大風(fēng)能的控制策略：通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)施定子磁場(chǎng)定向失量變換控制，達(dá)到發(fā)電機(jī)有功功率、無(wú)功功率的解耦，進(jìn)而通過(guò)控制有功功率來(lái)控制電磁轉(zhuǎn)矩，從而控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)追蹤最佳功率曲線的運(yùn)行。采用Matlab/Simulink軟件進(jìn)行的建模與仿真驗(yàn)證了本文所提出的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制策略的成功，滿足變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的要求，為今后實(shí)際系統(tǒng)的研制提供理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)依據(jù)。

　　功率三相繞線式異步發(fā)電機(jī)，四極，額定功率2.1kW，額定電壓220V/額定頻率60Hz；定子電阻r，和漏感U分別為0. 435n，2mH；轉(zhuǎn)子電阻r2和漏感U分別為。

　　=2.3m，額定功率2.21評(píng)，最佳風(fēng)能系數(shù)（1和最佳葉尖速比；1.1），分別為0.43和9.