風(fēng)機(jī)模擬器風(fēng)剪、塔影效應(yīng)驗(yàn)證

風(fēng)機(jī)廠

為系統(tǒng)在一定風(fēng)速和負(fù)載的情況下，當(dāng)石家莊風(fēng)機(jī)模擬系統(tǒng)達(dá)到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)，由于塔影等外在情況的影響，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速存在一定的波動(dòng)，此時(shí)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償值隨著轉(zhuǎn)速的上升而為正，隨轉(zhuǎn)速的下降變?yōu)樨?fù)，阻礙轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)，從而很好的補(bǔ)償了由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之差引起的模擬用石家莊風(fēng)機(jī)系統(tǒng)與實(shí)際系統(tǒng)的輸出特性差異。
石家莊風(fēng)機(jī)風(fēng)剪、塔影效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)頻率應(yīng)為石家莊風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率的3倍對(duì)應(yīng)的頻譜分析圖可以看出，石家莊風(fēng)機(jī)輸出脈動(dòng)成分以三次功率脈動(dòng)為主，石家莊風(fēng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的確是由于風(fēng)剪、塔影效應(yīng)所致，風(fēng)剪、塔影效應(yīng)模擬方案準(zhǔn)確無(wú)誤，可以大致模擬出實(shí)際石家莊風(fēng)機(jī)的風(fēng)剪、塔影效應(yīng)現(xiàn)象，為后續(xù)研究提供了理論與平臺(tái)支持。
3．6．4動(dòng)態(tài)石家莊風(fēng)機(jī)模擬器輸出動(dòng)特性驗(yàn)證動(dòng)態(tài)石家莊風(fēng)機(jī)模擬器的系統(tǒng)輸出特性。虛線為石家莊風(fēng)機(jī)理論輸出特性曲線，而實(shí)線為石家莊風(fēng)機(jī)模擬器輸出特性曲線，石家莊風(fēng)機(jī)模擬器輸出特性點(diǎn)落在理論特性曲線附近，其輸出特性的波動(dòng)量，為考慮風(fēng)剪、塔影效應(yīng)時(shí)間的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)量，系統(tǒng)輸出特性與理論石家莊風(fēng)機(jī)輸出特性基本一致，且包含了風(fēng)剪、塔影效應(yīng)對(duì)輸出特性的影響，石家莊風(fēng)機(jī)模擬器完全可以代替實(shí)際石家莊風(fēng)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。下節(jié)將在此動(dòng)態(tài)石家莊風(fēng)機(jī)模擬器的基礎(chǔ)上，有研究風(fēng)剪、塔影效應(yīng)所引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)量對(duì)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的影響。對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電氣控制部分而言，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能是一個(gè)值得關(guān)注的量，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械共振可能損毀連接軸與齒輪箱，甚至對(duì)石家莊風(fēng)機(jī)塔架的安全產(chǎn)生威脅；關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、功率特性、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)及其使用壽命。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的文獻(xiàn)報(bào)道不多，未得到應(yīng)有的重視。
變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要由石家莊風(fēng)機(jī)、高速軸、齒輪箱、低速軸和發(fā)電機(jī)組成，根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不同的等效方法及其建模方案，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有以下建模方法：多質(zhì)量塊模型、六質(zhì)量塊模型、三質(zhì)量塊模型、二質(zhì)量塊模型和集中質(zhì)量塊模型。多質(zhì)量塊模型與六質(zhì)量塊模型更趨向于空氣動(dòng)力學(xué)研究，由于其模型復(fù)雜，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性及其暫態(tài)響應(yīng)分析影響不大，一般不予采用；三質(zhì)量塊模型綜合考慮了風(fēng)力發(fā)電機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各部分的慣量特性、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)阻尼與彈性作用等，使得機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型極大程度的接近實(shí)際情況；二質(zhì)量塊模型是在三質(zhì)量塊模型基礎(chǔ)上，將各級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別折算到石家莊風(fēng)機(jī)側(cè)和發(fā)電機(jī)側(cè)，使得石家莊風(fēng)機(jī)與發(fā)電機(jī)同軸連接，最接近實(shí)際所用的風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了研究對(duì)象；
現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模擬研究中機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型以集中質(zhì)量塊模型為主，其完全忽略機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)阻尼特性和剛性，將石家莊風(fēng)機(jī)和齒輪箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電機(jī)側(cè)，顯然如果用其研究風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其動(dòng)態(tài)特性將帶來(lái)很大的誤差。文獻(xiàn)[42]建立了不同質(zhì)量塊模型的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，并對(duì)相應(yīng)的模型進(jìn)行了必要的分析，但僅限于數(shù)學(xué)層面的論述，缺乏對(duì)自身所建模型動(dòng)特性的研究；
文獻(xiàn)詳細(xì)地分析了各質(zhì)量塊模型之間的聯(lián)系與差異，以六質(zhì)量塊模型為基礎(chǔ)，對(duì)比了各模型之間動(dòng)態(tài)性能之間的差異，動(dòng)態(tài)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型對(duì)整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)相關(guān)研究有待開展；闡述了等效集中質(zhì)量模型方法的可行性，但都沒有給出進(jìn)一步的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，其科學(xué)性、準(zhǔn)確性有待證明。采用二質(zhì)量塊模型，建立了一種包含機(jī)械傳動(dòng)鏈動(dòng)態(tài)特性的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，在形式上與電力系統(tǒng)研究中廣泛使用的汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型相似，建立了動(dòng)態(tài)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的四階微分方程，然而缺乏動(dòng)態(tài)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型自身的分析，未能對(duì)其瞬態(tài)響應(yīng)做詳細(xì)分析，難免與實(shí)際系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能產(chǎn)生偏差。c

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