变速风力发电系统的建模与控制.docx

变速风力发电系统的建模与控制摘要：变速风力发电技术具有高效性以及实用性，正因如此，它现在越来越受到关注，可以预见变速风力发电的发展前景。风力发电作为能够有效解决环境和能源问题的有效途径，在全世界都得到了快速发展，我国也不例外。随着风力发电的发展，风力发电机容量不断增长，给电力系统带来某些新问题。关键词：变速风力；发电系统；建模；控制Abstract:variablespeedwindpowergenerationtechnologyhashighefficiencyandpracticability,becauseofthis,itisnowmoreandmoreattention,canforeseetheprospectofvariablespeedwindpowergeneration.Windpowerisaneffectivewaytosolvetheproblemsofenvironmentandenergy,hasdevelopedrapidlyintheworld,Chinaisnoexception.Withthedevelopmentofwindpower,windpowergeneratorcapacityincreasing,bringsomenewproblemstothepowersystem.Keywords:variablespeedwindpowergenerationsystem;modeling;control[中图分类号]TM315[文献标识码]A[文章编号]风能资源的状况对风力发电机的发电能力起决定性的作用，因此风能发电机的发电能力无法准确预测和控制，这一情况给风力发电投资以及电力系统的运行和管理带来了一定程度上的困难。风速的不断变化会对风力发电机以及和风力发电机有联系的电力系统造成一定的影响，如果能掌握电力系统和风力发电机组之间的相互影响和相互作用的规律，那么就能保证风力发电系统的安全运行。风力发电技术的发展与现状风能的应用有比较长的历史了，在比较早的时候，风能的利用主要是以风力机等机械直接带动，产生所需的动力为主要形式。随着电动机、发电机等机械和技能的出现，风力发电逐渐成为了一种专门的技术。在一九八八年，美国出现用风带动直流发电机，以此来给电池组充电的技术。在这之后，又发明了用变速直流发电机带电动机的技术系统，但是此技术由于变速直流发电机发出的电压是随转速发生不断的变化的，所以只能用在对电压要求不是很高的地方。这种直流机曾经得到了极大的发展，但是，随着交流电、电网互联、变压装置等等技术的不断出现而逐渐被取代，只在较偏远的地区还在应用。在目前环境和能源问题日益突出的情况下，为了可以大规模利用风力和风能发电，就要求我们必须发展并网型风力发电技术，凭借电力网络以达到对风力发电在空间和时间上的最有效利用。在一九三九年，美国发明出了一台并网型风力发电机组，它采用了恒速风机，具有很好的并入交流电网性能。在此之后，在缓慢的风力发电发展的过程之中，此类风力发电机差不多都采用了恒速风机。但是，由于种种原因，也为了提高风能的利用效率，必须设法发明变速恒频的风力发电系统。二十世纪七十年代中期后，出现了交流并网型变速风力发电机。随着技术的不断发展，变速风力发电机也有了不断的提高。二、变速恒频发电机系统的基本原理风力发电机的主要捕捉能量的部件是叶轮，叶轮将捕获到的风能经过齿轮箱送入发电机，之后再流入电网。变速恒频机型和恒速恒频机型相比，优越性在于低风速时能够随风速变化，并在运行时保持着最佳状态，争取获得最大的风能利用系数。变速风力发电机在运行时可分为以下几个阶段：起动阶段，就是发电机从静止到切入转速，此时发电机其实并没有工作，因此并不涉及变速控制。第二个阶段是最佳叶尖速比运行区，此阶段是机组切入电网后，在额定风速以内的区域运行，并开始发电，且根据风速的不断变化变速风力发电机可以一直运行，以便可以在最大程度上获得能量。最后两阶段是恒转速运行区及恒功率运行区。三、变速风力发电机的控制按变速风力发电机在运行上的特点，最基本的控制方法是：低风速段，恒定的值运行，要保持最佳的叶尖速比，最大的捕获能量效率，到转速达到极限为止，接下来按照恒定的转速进行控制，等到功率最大时，进行恒功率控制。在开发变速机型的过程中，经过对单一的变距和变速的实验研究表明，在风速条件高于额定时，加入变浆距调节机组，可以显著提高传动系统的柔性和输出上的稳定性，也在一定程度上限制了转速变化上的幅度。当浆距角往增大方向调整之时，风能利用系数Cp值也有效的迅速的调整，控制了输出电压的变化，变距与转速双重调节，改善了控制系统上的动态特性，此乃一种比较理想的控制方法。四、变速风力发电系统的建模建立变速风力发电系统的数学模型是对其研究的一个重要手段，由于目前