
1. 风力机的设计参数和结构
风力机由叶轮、传动装置、调向机构、制动系统及附属部件构成,尽管风力发电机组类型多样,但基本原理和结构相似。主要设计参数为叶尖速比,即风轮叶片的叶尖速度与风速之比。风力机吸收的功率和转矩可通过风能利用系数和叶轮转速计算。
2. 风能利用系数
风能利用系数是一个表示风力机将风能转化为机械能效率的无量纲参数,随风速、叶轮转速、叶片桨距角等变化。风力机的特性通常用功率系数曲线表示,该曲线可近似为桨距角与叶尖速比的函数。选择合适的曲线关系有助于后续仿真建模。
3. 仿真建模的风速处理
在风速低于额定风速时,通过变速恒频装置随风速变化改变发电机转子转速,使风能利用系数保持在最大值,捕获最大风能。风速高于额定风速时,调节桨叶节距角,降低发电机输出功率,使输出功率稳定在额定功率附近。
4. 风力机机械结构与仿真
风力机主要由叶片、轮毂、齿轮箱及联轴器等中间传动装置构成,其机械部分与异步发电机柔性连接,刚性度较低。风力发电系统的轴系采用动态模型描述,分为集中质量块模型、二质量块模型和三质量块模型。
5. 风速模型的简化
自然界的风速复杂且时变,仿真分析中通常采用工程化数学模型,反映风速平均值变化和随机性,便于模拟运算。直接给定常量代替复杂风速输入,减少噪声。
6. 仿真框图与控制策略
仿真框图中,双馈电机采用功率控制,风力机采用固定桨距角。控制器采用内环电流、外环功率的双闭环控制,磁链观测器实现旋转坐标变换。风力机部分采用前述计算公式和技术参数,不包含变桨距功能。
7. 仿真参数与运行工况
针对1.5MW双馈电机,本文提供了仿真参数和运行工况分析数据。通过仿真,实现了双馈风力发电机的稳定运行。