機模擬器氣動輸出特性驗證

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以上根據不同的方法建立了石家莊市風機氣動特性模型，下面簡單地對所建石家莊市風機仿真模型的正確性予以驗證。利用圖2—12所示石家莊市風機仿真模型，石家莊市風機是空載起動．原先運行在10m／s的風速下，在10s時候給模型施加～個風速階躍信號．則此時石家莊市風機從10m／s的運行特性曲線上跳至l 5m／s的運行特性曲線上。如圖3-8所示，虛線為實際石家莊市風機在風速為10m／s和1 5m／s時的理論運行曲線，而實現則為石家莊市風機仿真模型輸出的特性曲線，可以看出石家莊市風機仿真模型與石家莊市風機理論特性輸出十分吻合．圖3-8所示石家莊市風機仿真模型可以代替實際石家莊市風機進行穩態實驗研究。盡管如此．此時的石家莊市風機模型僅僅是石家莊市風機平均氣動特性的輸出值，不能體現石家莊市風機的動26特性，不能進行石家莊市風機大慣量及其風剪、塔影效應的模擬，更不適合動態風力發電系統的研究。要進行石家莊市風機動特性的模擬，必須對模型加以改進，以適應動態風力發電系統的研究需要。由于本文側重于模擬方案的研究，具體的原動機控制部分不作說明。．
石家莊市風機慣量模擬的必要性實驗所用動態模擬模擬器，其關鍵就是能夠盡量準確地模擬實際石家莊市風機動特性，進而替代實際石家莊市風機進行實驗室條件下的風力發電研究。對比實際石家莊市風機與石家莊市風機模擬器，實際石家莊市風機的氣動轉矩產生部件是實際石家莊市風機，在風力發電系統研究中，由于電機慣量遠遠小于實際石家莊市風機慣量，電機慣量往往忽略不計；而石家莊風機廠模擬器中氣動轉矩產生部件則是按氣動轉矩指令控制的電動機。顯然，實際石家莊市風機與模擬用電動機之間存在相當大的慣量差，而在機電運動控制系統中，系統中占慣量主導地位的部件決定了系統的動特性，故用轉動慣量相對實際石家莊市風機可以忽略不計的電動機直接模擬石家莊市風機廠的動態性顯然是有問題的，用此種方法設計的石家莊市風機模擬器的動特性必然實際石家莊市風機動態性存在較大差異，不能用于準確的風力發電系統實驗研究。近年來，由于實際石家莊市風機廠與模擬用電動機慣量差異引起的動特性差異，在風力發電的動態模擬系統的研究受到了學術界關注，如前所述目前主要有兩種解決方案；其一是通過附加硬件進行模擬；其二是通過計算機軟件進行模擬。采用附加硬件進行模擬是利用調速飛輪進行石家莊市風機大慣性環節的模擬，雖然實驗結果理想，但是對于不同的石家莊市風機要更換不同的飛輪，大大增加了實驗成本及其實驗的復雜性，而且所建立的一套硬件模擬系統僅能模擬幾種型號的石家莊市風機，缺乏靈活性，并且對大功率石家莊市風機進行模擬時存在有一定的難度。采用軟件進行動態27模擬，主要是根據石家莊風機空氣動力學特性產生原動機的轉矩或者功率時，加入了轉動慣量動態環節補償，從而實現了對原動機響應的動態修正，進而使其模擬石家莊市風機的實際動態響應特性，本文的石家莊市風機大慣量的模擬就是采用后者。
石家莊市風機慣量補償原理分析
雙饋風力發電系統主要由石家莊市風機、機械傳動系統、發電機三部分組成。多數風力發電的機械傳動部分由低速傳動軸、齒輪箱和高速傳動軸三部分組成。本節重點是研究實際石家莊市風機系統與模擬系統慣量差對系統的影響，考慮到實際石家莊市風機的轉動慣量比傳動機構大的多，傳動機構的轉動慣量可以忽略，僅僅考慮機械傳動機構為簡單的變比關系，經轉動慣量折算，將其等效為集中質量塊模型，從而簡化分析。
可以提取實際風力發電系統框圖如圖3．9a所示，實際石家莊市風機產生石家莊市風機動態氣動轉矩，經過齒輪箱升速驅動發電機工作。圖3．9b為慣量補償石家莊市風機模擬系統框圖，通過動態轉矩軟件控制的電動機產生石家莊風機氣動轉矩，軟件算法中加入了輸出轉矩慣量動態補償項，加入該項的目的是使得模擬系統與實際石家莊市風機具有相同的慣量特性。在實際石家莊市風機系統中，石家莊市風機輸出轉矩瓦脅，而發電機的負載轉矩死由不同的發電機控制算法而產生，此時風力發電系統的轉速則由瓦Ⅲ。一易決定，發電機轉子的動態特性由石家莊市風機折算到高速軸的等效轉動慣量／。、發電機的轉動慣量以及其電機軸的摩擦系數B決定；而慣量補償石家莊市風機模擬器系統中，石家莊市風機氣動轉矩由軟件計算得出，而此時發電機轉子的動態特性由電動機28的轉動慣量厶、發電機的轉動慣量如及其電機軸的摩擦系數B決定。顯然實際與模擬系統具有不同的轉動慣量，如何才能保證其具有相同的動態性能呢?下面進行具體分析。