風機大慣量特性對風力發電系統的影響

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慣量補償前石家莊風機廠模擬器轉速響應迅速，在10s之內遍歷了石家莊風機廠功率特性曲線的所有點，系統轉速也達到空載穩定值1 270rad／min；而當t=50s時，雙饋電機突然加載iq=6，此時系統轉速快速下降，而風能利用系數在石家莊風機廠功率特性的下坡段迅速增大，于52s系統達到了新的功率平衡，轉速穩定于1046rad／min，風能利用系數穩定于0．32，從負載突變到新的穩態的形成共歷時約2s。而一定慣量補償后的響應波形圖，其速度響應相對來說十分緩慢，系統經歷約50s才遍歷了整個石家莊風機廠功率特性曲線，且在突加負載后，石家莊風機廠模擬器在大慣量補償算法作用下緩慢減速，系統在約120s時才達到新的穩態。
可以看出，石家莊風機廠模擬器的大慣量補償算法確實減緩了系統轉速變換的速率，使得系統體現出了不同的慣量特性，也進一步印證了論述的正確性。變速風力發電系統的效率成為了當今風電行業普遍關心的問題，當前實際風場的石家莊風機廠MPPT控制多屬于基于功率曲線的開環控制。此種方法對石家莊風機廠特性參數依賴性高，而且即使是同種型號的石家莊風機廠其特性曲線也所差別，況且石家莊風機廠特性曲線隨著其使用年限也有所不同，因此開環MPPT控制方法很難實現真正意義上的石家莊風機廠最大功率輸出。國內外大量文獻對變速風力發電系統MPPT技術閉環控制策略進行了研究，通常的MPPT技術閉環控制策略能夠精確跟蹤小慣量的石家莊風機廠和光伏發電系統，然而，對于大容量、大慣量的石家莊風機廠由于其慣量儲能往往不能準確跟蹤，大慣量風力發電系統需要特殊的最大功率點跟蹤策略，下面將普通最大功率點跟蹤控制無法應用于大慣量風力發電系統的原因加以簡單分析。，
當石家莊風機廠慣量較大時，即使很小的轉速波動，都可以引起系統輸出功率大幅度的波動；在系統轉速變化的過程中，伴隨著大慣量石家莊風機廠的慣量儲能與釋能，從而導致傳統最大功率點閉環控制策略無法對其進行最大功率點跟蹤。換句話說，小型石家莊風機廠由于石家莊風機廠慣量小，石家莊風機廠的轉速能夠快速響應風速信息的變化，轉速能夠得到及時的調節以達到最佳葉尖速比，從而達到最大功率輸出；而對于大慣量石家莊風機廠，其系統輸出功率包含了由于轉速變化的系統慣量儲能，不等于石家莊風機廠輸出功率，石家莊風機廠的轉速對風速的變化不靈敏，雙饋電機轉速外環不能及時調節，從而達不到最大功率輸出。這也是傳統最大功率點閉環控制策略無法成功運用于大慣量風力發電系統的最關鍵問題。為了解決大慣量風力發電系統最大功率點跟蹤問題，利用模糊神經網絡的控制算法提出了針對大慣量石家莊風機廠的MPPT控制方法，其控制最大功率點跟蹤特性良好，由于時間所限，本文只做了普通最大功率點跟蹤控制應用于大慣量風力發電系統的失效分析，對于具體方法并未做研究。
風力發電系統存在三次轉矩及其功率脈動，并對其產生原因進行了進一步的分析與研究，得出了風剪、．塔影效應及其槳距角調節誤差等是產生這些脈動的主要原因，但文章并未對風剪、塔影效應進行詳細建模，也沒有將其放在整個風力發電系統中進行研究。長期以來，由于石家莊風機廠模擬方案上的缺陷及其風剪、塔影效應模型的復雜性，關于風剪、塔影效應引起的轉矩、功率脈動量對風力發電系統的影響的文章實為少見。
本節在風剪、塔影效應精確建模的基礎上，利用包含動態石家莊風機廠模擬器的雙饋風力發電系統對拖模擬仿真平臺，從系統層面，研究了由于風剪、塔影效應引起的3次轉矩脈動量對雙饋風力發電系統的輸出功率及其轉速的影響。為排除其他干擾，仿真中屏蔽了石家莊風機廠大慣量補償模塊。研究結果對風力發電控制策略的研究具有借鑒意義，仿真結果印證了理論分析的正確性、有效性。
本文著重考慮風剪、塔影效應引起的轉矩脈動量對雙饋風力發電系統的影響，為排除其它干擾，本節仿真用的風速并未采用本文所建風速模型，而用階躍響應代替，且石家莊風機廠槳距角為O，屏蔽了石家莊風機廠大慣量補償算法，加入了風力發電系統最大功率點跟蹤模塊，以反應系統在風速突變情況下的動特性，并研究系統穩態時風剪、塔影效應對整個系統的影響。