原创《并网型风电机组模拟控制策略》：该文是关于并网论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
摘 要：为研究并网型风电机组输出特性,便于在实验室内深入研究风电机组,提出风电机组新型模拟控制策略,实现电动机模拟风力机驱动风力发电机.研究了变桨控制器和转矩控制器在起动过程中对转速的耦合控制,并提出变增益PI控制算法实现对转速的优先控制.通过分析电网电压故障下永磁风力发电机运行情况,完善了模拟控制策略,并进行仿真验证.针对双馈风力发电机研制了由控制系统、执行机构和监控系统组成的试验平台,成功模拟了风电机组输出特性,实现双馈风力发电机并网发电.通过试验验证了风电机组模拟控制策略的正确性和可靠性,可满足风电机组试验的条件.
关键词：转矩控制；转矩模拟；变桨控制；风力机；试验平台
中图分类号：TM 315 文献标志码：A 文章编号：1007-449X（2016）03-0043-08
0 引言
目前变速式风电机组已成为主流机型,在运行过程中面临的问题如低电压穿越、功率优化及电能质量等,受到国内、外学者的广泛关注.然而一般大型变速式风电机组价格昂贵,给科研人员在实验室内进行试验、研究带来了极大困难.研究人员通过电动机可有效模拟风力机风轮转矩气动特性,但由于机组机械系统中传动链、发电机转矩变化及变桨执行机构响应直接影响风轮转矩输出,因此有必要研究风机模拟系统,为研究风电技术提供新途径.
近几年部分学者对风电机组模拟控制开展了一定的研究.文献采用开关磁阻电机实现了风力机模拟,通过转速调节模拟风力机输出功率,缺少对风力机转矩特性的模拟和分析.文献设计了基于RT-lab的无刷直流电机硬件在环模拟系统,利用电动机模拟了风力机转矩特性,没有研究实际发电机并网后的情况.文献基于矢量控制利用感应电动机模拟风力机,分析了风力机的静态特性和动态特性.但没有研究并网后发电机转矩和桨距角变化对风轮气动转矩的影响.文献在不同风速、负载等条件下进行模拟,对模拟系统作了一定简化,控制系统回路中引入了微分算子,易造成系统不稳定.文献对 析了风力机静态和动态模拟方法的风力机转矩特性,没有考虑风机变桨系统.文献设计负载转矩观测器实现风力机模拟,利用负载转矩和风力机转矩共同觉得模拟电机的转矩参考值,但没有包含发电机转速、转矩等控制算法.针对以上模拟控制方法存在的不足,本文基于转矩观测器通过用电动机模拟风力机转矩特性.考虑桨叶机械执行机构响应时间慢,并设计变桨系统.研究了发电机转矩控制器,实现发电机最优转速控制,分析了机组起动到脱网过程.最后分别对永磁、双馈风力发电机进行仿真和试验,验证了所提控制策略的有效性.
1 风力机系统模型
为实现并网型风电机组风力机模拟控制,必须考虑发电系统反馈转速、功率对风力机转矩的影响,变桨系统对风轮吸收风能的多少至关重要,因此需建立由风轮模拟系统、发电系统及变桨系统组成的风电系统,如图1所示.
图1通过发电机转速ω,反馈值调节变桨系统输出桨距角给定值β*,风轮模拟系统吸收风能后形成气动转矩Ta,拖动风力发电机运行.在一定风速下,风力发电机运行于最优功率状态时,叶尖速比以及转速都达到最优状态.为实现最大风能捕获,采用追踪发电机最优转速ωg,opt控制算法,经过速度控制计算发电机转矩给定值Tg*,并向风力发电机变流器发出PWM信号.风力机数学模型为（1）（2）（3）式中：TG为发电机电磁转矩；i为齿轮箱变比；B为阻尼系数；ωr为风轮转速；JW和JC分别为风力机和发电机转动惯量；Cp（λ,β）为风能利用系数；λ为叶尖速比；β为桨距角；p为空气密度；r为桨叶半径；λopt为最佳叶尖速比；v为风速.为计算风力发电机最优转速,设计风轮转矩的观测器,如图2所示,并通过式（3）计算得到ωg,opt.
图2中发电机功率Pg和转速ωg为测量值,T为时间常数.通过观测器得出风轮转矩观测值,计算最优转速,并采用速度控制不断减小最优转速和实际转速偏差,实现风功率最大捕获.
通过跟踪最优转速,在不同桨距角及叶尖速比下使风机的风能利用系数为最佳,其Gp值曲面如图3所示.实际应用中利用查表法直接得到最佳叶尖速比,为实现风力机模拟控制提供了方便.
2 风轮模拟和变桨系统
本系统采用感应电动机模拟风力机转矩特性,驱动风力发电机并网发电.系统主控制器利用输入风速和发电机转速、转矩反馈值计算风轮转矩,并给定至拖动电机.风力发电机组并网后,主控制器给定变流器转矩、功率因数指令,形成闭环控制.
1）风轮转矩算法
为真实模拟风力机转矩特性,实现风力发电机可调速范围内的并网过程,主控系统通过查Cp值调节风轮转矩,由式（2）转换为（4）
实际应用中风轮转矩特性还受到其他因素影响,其中两个关键因素是：当一个桨叶转动经过塔筒时导致风轮转矩减小的效应,即塔影效应；随着距地面高度变化,风速周期性变化导致风轮转矩周期性变化,即风切变效应.这两种输出波动可由式（5）表示为（5）式中：/4等于0.2；B等于0.4.风轮转矩算法如图4所示.
主控系统调用湍流风模型,空间滤波主要体现风轮扫过面积的平均风速变化.将固定点频谱修正为掠过风轮的平均风速频谱.滤波传递函数为（6）其中：asf为经验值（asf等于0～55）；bsf为描述风轮上不同点风速变化关系的参数,bsf等于γsf（r/vs）,γsf等于1.3,vs是轮毂上的平均风速.旋转采样虑波包含了决定风轮转矩变化的影响因素,它取决于在固定点风速湍流部分的桨叶旋转运动.某一给定点上,桨叶风力波动特性和固定点风速模型的湍流特性有所不同.由此风轮模型得出风轮转矩参考值发送至拖动系统控制单元,其中桨距角和风轮转速为风机系统反馈值.
并网论文参考资料：
结论：并网型风电机组模拟控制策略为关于并网方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关发电机并网三要素论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
