風機大慣量特性對風力發(fā)電系統(tǒng)的影響
作者:石家莊風機 日期:2015-9-8 瀏覽:1661
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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(tǒng)轉速也達到空載穩(wěn)定值1 270rad/min;而當t=50s時,雙饋電機突然加載iq=6,此時系統(tǒng)轉速快速下降,而風能利用系數(shù)在石家莊風機廠功率特性的下坡段迅速增大,于52s系統(tǒng)達到了新的功率平衡,轉速穩(wěn)定于1046rad/min,風能利用系數(shù)穩(wěn)定于0.32,從負載突變到新的穩(wěn)態(tài)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(tǒng)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(tǒng)在約120s時才達到新的穩(wěn)態(tài)。
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(tǒng)轉速變換的速率,使得系統(tǒng)體現(xiàn)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(fā)電系統(tǒng)的效率成為了當今風電行業(yè)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(huán)控制。此種方法對石家莊風機廠特性參數(shù)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(huán)MPPT控制方法很難實現(xiàn)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(fā)電系統(tǒng)MPPT技術閉環(huán)控制策略進行了研究,通常的MPPT技術閉環(huán)控制策略能夠精確跟蹤小慣量的石家莊風機廠和光伏發(fā)電系統(tǒng),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(fā)電系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)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(tǒng)輸出功率大幅度的波動;在系統(tǒng)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(tǒng)最大功率點閉環(huán)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(jié)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(tǒng)輸出功率包含了由于轉速變化的系統(tǒng)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(huán)不能及時調節(jié),從而達不到最大功率輸出。這也是傳統(tǒng)最大功率點閉環(huán)控制策略無法成功運用于大慣量風力發(fā)電系統(tǒng)的最關鍵問題。為了解決大慣量風力發(fā)電系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)的失效分析,對于具體方法并未做研究。
風力發(fā)電系統(tǒng)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(jié)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(fā)電系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)的影響的文章實為少見。
本節(jié)在風剪、塔影效應精確建模的基礎上,利用包含動態(tài)石家莊風機廠模擬器的雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)對拖模擬仿真平臺,從系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)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(fā)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(fā)電系統(tǒng)的影響,為排除其它干擾,本節(jié)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(fā)電系統(tǒng)最大功率點跟蹤模塊,以反應系統(tǒng)在風速突變情況下的動特性,并研究系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時風剪、塔影效應對整個系統(tǒng)的影響。