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《風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)0》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、基于異步電機(jī)的風(fēng)力機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)平臺的方案設(shè)計(jì)摘要：提出一種風(fēng)力機(jī)模擬研究和實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)方案，利用異步電動機(jī)矢量控制方式驅(qū)動發(fā)電機(jī)運(yùn)行。利用DSP完成風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模擬，并提出矢量控制的方案，最終給出硬件實(shí)現(xiàn)的設(shè)備選擇，為下一步完成實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)做好鋪墊。關(guān)鍵詞：風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型；三相異步電動機(jī)；矢量控制；設(shè)備選擇1引言風(fēng)能是一種無污染可再生的綠色能源，為各國政府的重要選擇。實(shí)驗(yàn)室的先期探索對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展起著重要的引導(dǎo)作用。但是由于條件的限制大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室不具備風(fēng)場環(huán)境或風(fēng)力機(jī)，這為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究帶來了很大困難。因此探討在實(shí)驗(yàn)室條件下，如何模
2、擬風(fēng)力機(jī)特性是深入研究風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的前提，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)以異步交流電機(jī)模擬風(fēng)機(jī)的方案，構(gòu)建包括硬件平臺和控制軟件在內(nèi)的完整的風(fēng)力機(jī)模擬控制系統(tǒng)。通過采取合適的控制策略，使整個(gè)風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)符合實(shí)際的風(fēng)力機(jī)特性，用其驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)，達(dá)到模擬真實(shí)自然界中風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工作的效果。2風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)的構(gòu)成實(shí)際的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)如圖1所示。圖1實(shí)際風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室中模擬風(fēng)力機(jī)，也就是將圖1中的實(shí)際的風(fēng)力機(jī)用風(fēng)力模擬系統(tǒng)取代，如圖2所示。圖2實(shí)驗(yàn)室內(nèi)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)圖風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)主要包括以下部分：（1）實(shí)時(shí)軟件模擬器。用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型的數(shù)字化模擬
3、。（2）機(jī)電隨動系統(tǒng)。用以接受來自實(shí)時(shí)軟件模擬器的給定信號，并提供可測量的輸出變量作為系統(tǒng)對實(shí)時(shí)軟件模擬器的響應(yīng)。圖3為實(shí)時(shí)風(fēng)力機(jī)發(fā)電模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化框圖。圖中輸出量x是機(jī)電隨動系統(tǒng)的參考信號。如果x是轉(zhuǎn)矩參考值，則回饋值為電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩信號；如果x是功率參考值，則回饋值為電動機(jī)的輸出功率信號。M為原動機(jī)，G為發(fā)電機(jī)。圖3實(shí)時(shí)風(fēng)力機(jī)發(fā)電模擬系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖風(fēng)力機(jī)模擬的本質(zhì)是通過采取合適的控制策略，使整個(gè)風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)運(yùn)行符合實(shí)際的風(fēng)力機(jī)特性，用來驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)，達(dá)到模擬真實(shí)自然界中風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工作的效果。3風(fēng)力機(jī)與異步電機(jī)的特性3.1風(fēng)力機(jī)特性由空氣動力學(xué)
4、可知，風(fēng)力機(jī)捕獲的風(fēng)能可表示為：（1）（2）式中—風(fēng)力機(jī)輸出功率;—空氣密度；—風(fēng)輪掃掠面積；—風(fēng)速；—葉尖速比；—槳葉節(jié)距角；—風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；—風(fēng)輪半徑；—風(fēng)能利用系數(shù)。由風(fēng)力機(jī)從風(fēng)中捕獲的功率為：（3）可得到風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩為：（4）式中，—風(fēng)力機(jī)的機(jī)械輸出轉(zhuǎn)矩；—轉(zhuǎn)矩系數(shù)，.風(fēng)能利用系數(shù)反映了風(fēng)力機(jī)從自然風(fēng)能中吸收能量的大小程度，是表征風(fēng)力機(jī)效率的重要參數(shù)，即單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)輪所吸收的風(fēng)能與穿過葉輪掃掠面的全部風(fēng)能之比。不同的風(fēng)力機(jī)所對應(yīng)的曲線是不同的，一般的值由風(fēng)機(jī)廠家給定，作為設(shè)計(jì)和計(jì)算的依據(jù)。風(fēng)能利用系數(shù)是葉尖速比和槳距角的函數(shù)，即:其中，針對本實(shí)驗(yàn)
5、系統(tǒng)。風(fēng)力機(jī)可以分為定槳距與變槳距兩種，通常，定槳距即風(fēng)力機(jī)的與的關(guān)系如下圖4所示，圖4風(fēng)力機(jī)的與曲線對于一個(gè)特定的風(fēng)力機(jī)，具有唯一的一個(gè)對應(yīng)最大的葉尖速比，稱為最佳葉尖速比，對應(yīng)的稱為最大風(fēng)能利用系數(shù)。由圖可見，當(dāng)大于或小于時(shí)，都小于，使機(jī)組效率降低。由式（1），（4）推導(dǎo)出風(fēng)力機(jī)不同風(fēng)速下的轉(zhuǎn)矩曲線如下圖5a所示，圖中不同風(fēng)速下（v5>v4>v3>v2>v1）的對應(yīng)轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速曲線簇，把每個(gè)風(fēng)速下的最佳轉(zhuǎn)矩點(diǎn)相連，得到風(fēng)力機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩曲線，只要運(yùn)行在該曲線上，風(fēng)力機(jī)即可捕獲到最大風(fēng)能。圖5b為風(fēng)力機(jī)的功率特性，把功率—轉(zhuǎn)速曲線簇上的最大功率點(diǎn)相連，構(gòu)成最
6、佳功率曲線，運(yùn)行在該曲線亦可捕獲最大的風(fēng)能。圖5風(fēng)力機(jī)特性曲線3.2異步機(jī)特性4風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)的模擬方法原動機(jī)模擬風(fēng)力機(jī)風(fēng)葉的機(jī)械特性，能夠按照給定的風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的關(guān)系輸出機(jī)械功率。轉(zhuǎn)矩必須能夠根據(jù)風(fēng)速的改變瞬時(shí)改變，而轉(zhuǎn)速根據(jù)風(fēng)力機(jī)的機(jī)械特性改變。在模擬系統(tǒng)中，由于原動機(jī)的機(jī)械特性與風(fēng)力機(jī)一樣，所以模擬系統(tǒng)中，原動機(jī)可以代替實(shí)際的風(fēng)力機(jī)做實(shí)驗(yàn)。在風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)中，風(fēng)力機(jī)特性的模擬是最重要的，也是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。原動機(jī)模擬風(fēng)力機(jī)的機(jī)械特性，必須解決兩個(gè)方面的問題：第一，要快速產(chǎn)生與瞬間風(fēng)況相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。第二，轉(zhuǎn)速的變化也要與實(shí)際風(fēng)力機(jī)一樣。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)
7、行風(fēng)力機(jī)特性模擬，主要就是模擬風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能這一過程，但在實(shí)驗(yàn)室條件中并不具備風(fēng)場環(huán)境或風(fēng)力機(jī)，因此往往采用通過控制直流電機(jī)或交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩來模擬實(shí)際的風(fēng)力機(jī)運(yùn)行情況。4.1風(fēng)速模型風(fēng)力作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原動力，它的變化情況實(shí)時(shí)影響著整個(gè)風(fēng)力機(jī)組的運(yùn)行狀況，因此在實(shí)驗(yàn)室開展相關(guān)的模擬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，需要對實(shí)際風(fēng)場的風(fēng)場風(fēng)速情況進(jìn)行準(zhǔn)確有效的模擬。從可實(shí)現(xiàn)角度出發(fā)，將自然風(fēng)速簡化為4種典型成分，即基本風(fēng)、陣風(fēng)、漸變風(fēng)和隨機(jī)風(fēng)。在風(fēng)力機(jī)正常運(yùn)行過程中基本風(fēng)一直存在，它決定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)輸送額定功率的大小，基本上反映了風(fēng)電場平均風(fēng)速的變化。在風(fēng)速變化的過程
8、中，陣風(fēng)描述風(fēng)速突然變化的特性。漸變風(fēng)反映風(fēng)速的漸變特性。隨機(jī)風(fēng)反
