風機模擬器大慣量特性驗證

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下面利用前述風剪效應對等效風速的影響影響模型與塔影效應對等效風速的影響模型進行對比研究，風剪效應對等效風速的影響的仿真結果如圖3．1 7ab所示，圖a為單個槳葉引起的風剪等效風速，圖b為三槳葉引起的風剪等效風速。(圖中等效風速用標幺值％／％表示)可以看出三槳葉引起的風剪等效風速遠遠小于單個槳葉的，與上面理論分析完全吻合。塔影效應對等效風速的影響的仿真結果如圖3．17cd所示，圖c為單個槳葉引起的塔影等效風速，圖d為三槳葉引起的塔影等效風速，仿真結果可以看出塔影效應引起的轉矩脈動遠遠大于風39剪效應，風剪塔影效應引起的轉矩脈動頻率為石家莊風機旋轉頻率的3倍，與已有結論一致。由于風剪塔影效應引起的轉矩脈動頻率為石家莊風機旋轉頻率的3倍，故我們稱風剪、塔影引起的風力發電系統的功率脈動為三次諧波脈動，有關由于風剪、塔影效應引起的石家莊風機輸出轉矩、功率脈動對風力發電系統并網電能質量的影響將在第6．4節作以詳細探討。3．6動態石家莊風機模擬器綜合仿真分析
3．6．1石家莊風機模擬器功率特性驗證如圖3．1 8所示，石家莊風機輸出功率特性曲線為單峰拋物曲線，為了驗證動態石家莊風機模擬器的確輸出的是實際石家莊風機特性，現對風力發電模擬系統進行加載實驗加以驗證。我們知道，石家莊風機功率曲線的上坡段是石家莊風機運行的不穩定區域，而下坡段則是其運行的穩定區域。現假定石家莊風機運行在V1風速所對功率曲線的上坡段的B點，此時給發電機緩慢加載，則石家莊風機負載轉矩增加，從而導致石家莊風機的轉速降低，假設此時工作于A點，而石家莊風機的轉速降低又造成了石家莊風機發出轉矩的進一步降低，由于此時負載轉矩仍將大于石家莊風機輸出轉矩，石家莊風機轉速將進一步降低，這樣就形成了一個正反饋系統，直到石家莊風機停機。而假若石家莊風機運行在Vl風速所對功率曲線上坡段的E點，此時給石家莊風機緩慢加載，則石家莊風機負載轉矩緩慢增加，從而導致石家莊風機的轉速降低，而此時石家莊風機的轉速降低使得石家莊風機發出轉矩的提高。
由于此時負載轉矩仍然未變，石家莊風機輸出轉矩的緩慢上升必然使得石家莊風機輸出轉矩與負載轉矩達到新的平衡，假設此時的平衡點位D點，顯然石家莊風機功率曲線的下坡段是一個穩定的負反饋系統。當加載實驗使得石家莊風機穩定工作在臨界穩定點C時，此時石家莊風機進入了最大功率點輸出狀態。而如果加載過大，使得石家莊風機運行越過臨界穩定點C，進入石家莊風機功率曲線的上坡段，如前所述，將復現不穩定區域的石家莊風機特性，直至系統停為本文所建動態石家莊風機模擬器運行特性圄，圖3—20a為帶慣性補償與不帶慣量補償的石家莊風機模擬系統空載起動階段仿真圖，圖中虛線為不帶慣量補償的石家莊風機模擬系統空載起動特性曲線，實線為慣量補償的石家莊風機模擬系統空載起動特性曲線，上圈為石家莊風機輸出轉矩，中圖為對應模擬用電機轉速，下圖為慣量補償轉矩，其中的慣量補償轉矩僅僅針對帶慣性補償的石家莊風機模擬器而言。由圖可知：空載起動時，不帶慣量補償的石家莊風機模擬器轉速迅速上升，并于1 5s時轉速達到穩態值；而帶慣性補償的石家莊風機模擬器轉速緩慢上升，4 5s時轉速才達到穩態值。分析兩者起動特性差異的原因，主要是帶慣性補償的石家莊風機模擬器的慣性補償轉矩減緩了轉速的上升速度，慣性補償轉矩在起動階段總體表現為正，減小了施加在電動機上的實時轉矩信號。其中石家莊風機輸出轉矩上的波動時因為風剪、塔影效應的影響。