風剪、塔影效應(yīng)對風力發(fā)電系統(tǒng)的影響

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雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的輸出特性曲線?？梢钥闯?，當風速突變時，在O．03 S內(nèi)風機模擬器輸出轉(zhuǎn)矩由基值19 N·m上升為29．5 N·m。由于雙饋石家莊風機廠在完全轉(zhuǎn)速控制策略下運行，所以雙饋電機的輸出轉(zhuǎn)矩有一個調(diào)節(jié)的過程，其在發(fā)生風速突變時作短暫的電動運行，使系統(tǒng)盡快達到最大輸出功率，調(diào)節(jié)時間約為0．1 S。系統(tǒng)轉(zhuǎn)速在最大功率點跟蹤控制策略作用下得咀調(diào)節(jié)?？梢钥闯?，受風剪、塔影效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩脈動量的影響，風機模擬器輸出轉(zhuǎn)矩有明顯的周期性波動，其波動頻率與系統(tǒng)轉(zhuǎn)速正相關(guān)。
風速突變時，風機模擬器輸出功率變化及其雙饋石家莊風機廠輸出功率的調(diào)節(jié)過程。風速突增后，風機模擬器輸出功率由基值2 35Kw上升至4 6Kw。雙饋石家莊風機廠總的輸出功率由基值21 5Kw上升至4 3Kw，定子輸出功率由基值2 8Kw上升至4 45Kw．而轉(zhuǎn)于輸入功率由0 65Kw下降至015Kw?？鄢β蕮p耗，雙饋電機的輸出功率近似與風機模擬器輸出功率相等。當系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，風剪、塔影效應(yīng)避成了風機及其雙饋石家莊風機廠輸出功率的周期性波動，且波動頻率與系統(tǒng)轉(zhuǎn)速正相關(guān)。風剪、塔影效應(yīng)引起的雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)輸出脈動特性。
可以看出，風機模擬器輸出轉(zhuǎn)矩及其功率、雙饋石家莊風機廠總的輸出功率、定轉(zhuǎn)子輸出、輸入功率均存在波動，波動范圍在基值的±4％以內(nèi)，且其波動頻率均相等。由圖還可以看出，雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)功率波動頻率周期瓦≈O．33 s，其對應(yīng)頻率．凡≈3．03 Hz，此時的系統(tǒng)轉(zhuǎn)速甩≈11 97．52 rad／min，計算得出的風機旋轉(zhuǎn)頻率．無≈1．0 Hz(齒輪箱變比為20)，即fp=afw，與風剪塔影效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩脈動頻率為風機旋轉(zhuǎn)頻率三倍的理論分析完全一致，雙饋電機輸出脈動特性的頻譜分析進一步確認了上面分析的正確性。
值得一提的是，機組轉(zhuǎn)速不存在明顯波動，這是因為通過對雙饋電機轉(zhuǎn)速外環(huán)進行控制，可以使風機平穩(wěn)運行，而不產(chǎn)生機械震動，從而有利于風力發(fā)電系統(tǒng)機械系統(tǒng)的維護，延長了機械系統(tǒng)的使用壽命。然而，雙饋電機有功電流則存在相同的周期性脈動量，且幅值達到基值的±4％左右，這必將引起并網(wǎng)功率的波動及諧波污染，因此需要在雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)變流器的控制方面加以改善。風速突增，雙饋電機由次同步發(fā)電狀態(tài)過渡到超同步發(fā)電狀態(tài)過程。
通過本節(jié)內(nèi)容的研究，我們可以得出以下結(jié)論；
1)本節(jié)從系統(tǒng)層面研究了由于風剪、塔影效應(yīng)引起的三次轉(zhuǎn)矩脈動量對雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的影響，驗證了風剪、塔影效應(yīng)引起的功率脈動頻率為風機旋轉(zhuǎn)頻率三倍的結(jié)論。
2)雙饋風力石家莊風機廠組轉(zhuǎn)速外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)速對風剪塔影效應(yīng)引起的功率波動不靈敏，轉(zhuǎn)速基本恒定．系統(tǒng)基本不存在由于風剪、塔影效引起的機械震蕩；而雙饋電機有功輸出則存在由于風剪塔影效應(yīng)引起的功率波動，其會引起并網(wǎng)功率波動及其諧波污染，這對風力發(fā)電變流器控制提出了更高的要求。
3)3)由于風剪、塔影效應(yīng)引起的三次功率脈動是水平軸三槳葉風機的固有特性，所以永磁直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)同樣存在三次功率脈動的情況。這些結(jié)論一方面對職饋風力發(fā)電系統(tǒng)的周期性功率脈動情況作了有益的探討，為風力發(fā)電系統(tǒng)存在的周期性功率脈動提供了合理的理論解釋；另一方面通過風力發(fā)電系統(tǒng)周期性功率脈動的研究，對風力發(fā)電變流器的控制方面提出額更高的要求，為風力發(fā)電系統(tǒng)功率、轉(zhuǎn)速脈動的抑制提供了有益的參考。