《固定風(fēng)力發(fā)電機和風(fēng)力集成園建模系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的研究》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《固定風(fēng)力發(fā)電機和風(fēng)力集成園建模系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的研究（5頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

附錄 固定風(fēng)力發(fā)電機和風(fēng)力集成園建模系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的研究抽象程度越來越高的風(fēng)力發(fā)電渦輪機，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中需要一項準(zhǔn)確的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定模式. 因為許多風(fēng)力發(fā)電機往往集合在一起，其中等價建模幾個風(fēng)力發(fā)電機尤為關(guān)鍵. 本文介紹的降階動態(tài)固定風(fēng)力發(fā)電機模型適合暫態(tài)穩(wěn)定模擬.該模型是使用一個模型還原技術(shù)所構(gòu)建的高階有限元模型. 然后， 用等價方式表明如何將幾個風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)力合并成一個 單降階模型. 用模擬個案來說明一些獨特性能的動力系統(tǒng)，含風(fēng)力發(fā)電機. 所以說，本文著重于介紹水平軸風(fēng)力渦輪機用異步電機直接連到電網(wǎng)作為 系統(tǒng)的發(fā)電機. 用參數(shù)計算暫態(tài)穩(wěn)定模擬系統(tǒng)，計算風(fēng)力發(fā)電機組的建模，計算風(fēng)力渦輪機造型.一.最近，大家對風(fēng)能的發(fā)展展現(xiàn)出了濃厚的興趣. 伴隨著使用風(fēng)力發(fā)電機的熱潮，現(xiàn)在需要對電力動態(tài)系統(tǒng)， 電力傳輸規(guī)劃的設(shè)計評估. 本文的第一個目的是提出一個準(zhǔn)確的低階動態(tài)模型的風(fēng)力發(fā)電機組，它是 符合現(xiàn)代機電暫態(tài)模擬計算機程式的. 本文中，開發(fā)的模式著重于水平軸的風(fēng)力發(fā)電機， 或風(fēng)力機直接連到同步網(wǎng)時采用異步發(fā)電機. 這其中還包含許多現(xiàn)代大型發(fā)電系統(tǒng). 由于大型風(fēng)力裝置的構(gòu)建是由許多個風(fēng)力發(fā)電機組成的，風(fēng)力發(fā)電場的建模是一個迫切的需求. 因此， 本文的第二個目的是提供一種方法，它結(jié)合數(shù)個風(fēng)力發(fā)電機連接到一個電網(wǎng)上，然后通過一個共同模式整合成一個單一的等效模型. 風(fēng)力發(fā)電機主要分為定速或變速. 以最小單位，渦輪驅(qū)動的感應(yīng)發(fā)電機為例，它是直接連接到電網(wǎng)上的. 渦輪轉(zhuǎn)速變化很小，那是由于陡坡的發(fā)電機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的特性所制； 因此，它被稱為定速系統(tǒng). 還有變速裝置，發(fā)電機連接到電網(wǎng)利用電力電子變換的技術(shù)使渦輪速度受到控制，以最大限度地表現(xiàn)出來(例如，電力的控制) . 這兩種方法在風(fēng)力工業(yè)均非常普遍. 在本文中， 我們將目光集中在建模定速裝置和等效模擬幾個固定轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電集成園. 第一種典型的風(fēng)力機械頻率是在 0 至 10 赫茲范圍； 這也是各種機電振蕩的頻率. 因此，這涉及到機械振動的風(fēng)力互動學(xué)與機電動力學(xué). 這方面的例子參見本文. 因此，為了構(gòu)建一個精確的模型，風(fēng)力發(fā)電機可用于暫態(tài)穩(wěn)定的研究. 第一種渦輪機械動力學(xué)必須能準(zhǔn)確的代表模型. 這里的風(fēng)力發(fā)電機模型建出了導(dǎo)電模型，減少了一個詳細的 650 階有限元模型的一個典型的 橫向軸 . 氣動力和機械動力的減少與非線性四階雙渦輪慣性模型相結(jié)合生成了一個標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電機模型. 模擬計算表明了模型的精確性.幾個風(fēng)力發(fā)電機連接到傳輸系統(tǒng)上通過 一個單一的模型建模，因為每個渦輪暫態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)都過于繁瑣， 我們的目的是整和風(fēng)力發(fā)電園成為相當(dāng)于風(fēng)力發(fā)電機模型的極小系統(tǒng). 我們對等價建模的風(fēng)園涉及到把所有渦輪以同樣的機械固有頻率整和成單一當(dāng)量的渦輪機. 模擬結(jié)果表明，這種方法能夠提供準(zhǔn)確的結(jié)果.二. 范例關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機建模的代表范例是關(guān)于暫態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)的，它包括在[2] - [10] . 模擬結(jié)果表明，固定頻率的風(fēng)力發(fā)電機組主要集中在以下兩個主要方法. 第一種方式是把汽輪機和發(fā)電機轉(zhuǎn)子作為一個單一的慣性體從而忽略系統(tǒng)的機械固有頻率 [2] - [5] . 第二種方式是把渦輪葉片和樞紐之一的慣性體接上發(fā)電機加上一個彈簧 [6] [9] . 在所有這些論文中，彈簧剛度的計算是從系統(tǒng)的主要部分中提取的. 我們的研究顯示，較第一型機械頻率來說第二型才是至關(guān)重要的一個精確的模型. 有限元分析表明，第一類動力的變化主要是因為靈活的渦輪葉片不夠精確. 根據(jù)建模方法的算法，我們得知的主要事實是，小而靈活的機械部件是渦輪上的刀片. 結(jié)果[7]集中表明了幾個風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)和降階風(fēng)園模型的類型和與類型相結(jié)合的方法. 但是， 作者不能解決水輪機和風(fēng)力發(fā)電機相結(jié)合時采用這種方法保存的機械要求. 我們的研究結(jié)果表明:這關(guān)鍵在于有一個準(zhǔn)確的風(fēng)示范園. [10]詳細討論了降階變速渦輪機載的建模. 作者稱渦輪的機械能所代表的類型是一個單一的個體， 從動態(tài)的機電動力學(xué)分析，那是因為機械的慣性使它的變速性能產(chǎn)生堵塞. 我們分析時不考慮變速情況.[2] - [10]的工作闡述著重于低階水輪機模型，從而可以容易地實現(xiàn)大型暫態(tài)穩(wěn)定代碼的測量.相當(dāng)多的研究集中在建模定額一個更深入的層次. [17]是一個很好的概況和文獻. 從高度詳細的有限元模型角度，詳細的闡述了建模方法，還較簡單的敘述了六轉(zhuǎn)五轉(zhuǎn)，三轉(zhuǎn)水輪機模型.這些模型中的大部分都采用動量理論來計算氣動力. 三.我們對發(fā)展渦輪動力的一個降階模型為出發(fā)點，把所有機械和氣動渦輪機動態(tài)效果以高度詳細的用機電射程的形式表示出來. 在這個還原過程中，是以消費者的角度來分析渦輪軸驅(qū)動發(fā)電機的. 目的是為了準(zhǔn)確反映軸轉(zhuǎn)速和扭矩特性與最小模型的秩序和復(fù)雜性. 數(shù)值調(diào)查表明，機械氣動和機械效應(yīng)的一個例子所展現(xiàn)的測試系統(tǒng)實現(xiàn)了有限元建模環(huán)境. 該系統(tǒng)是一種新興的橫向風(fēng)軸機床，包括三個 31.7 米葉片，葉片的一套點俯仰角度為 2.6 ， 一個 82.5 米的主軸，它們的額定功率為 18.2 - RPM 和 1.5 兆瓦，在 15 米/秒的風(fēng)速條件下. 汽輪機是透過一個簡單的異步發(fā)電機模型直接連接到 60 赫茲的機械. 它還利用ADAMS 有限元軟件(來自機械動力學(xué) 公司) ，加上毫微克(即由國家可再生能源實驗室)軟件進行模擬. 這兩個軟件一起被稱為亞當(dāng)斯. 所有參數(shù)測試系統(tǒng)的模型研制出一個現(xiàn)實的大型機 器. 整個系統(tǒng)包含 325 個自由度，包括非常詳細地模擬動力和外部作用力. 由于機械設(shè)計中的大多數(shù)水平軸風(fēng)力渦輪機極為相似， 結(jié)果使該方法的適用面廣. 研究者在用亞當(dāng)斯/分?jǐn)?shù)制進行了研究以后，還廣泛接觸了以一個制動脈沖對該系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)的研究方法.為了模仿長達 0.1 毫米的三相短路，發(fā)電機軸對電路的混亂反應(yīng)進行了分析.1 . 從圖 1 ，系統(tǒng)的反應(yīng)是一個阻尼振蕩的過程. 詳細的擬態(tài)分析表明，系統(tǒng)的振蕩是由于外層部分的葉片振動對兩者的內(nèi)在部位的葉片的作用.這樣的結(jié)果是很典型的. 1)亞當(dāng)斯仿真結(jié)果. 現(xiàn)代風(fēng)力渦輪葉片非常大，有彈性， 而且往往顫動. 1 表明，它主要包含 4 Hz 分量.這也是典型的大型渦輪機， 它通常有第一型機械自然頻率在 0 至 10赫茲范圍內(nèi). 因為這個范圍也是典型的機電振蕩頻率范圍， 這還是風(fēng)力渦輪機的關(guān)鍵頻率范圍.而研究者會傾向于研究機電振蕩的頻率. 模態(tài)的第一振蕩模式會產(chǎn)生一系列的主導(dǎo)反應(yīng). 從圖 1 起見，該模型的描圖可以代表兩標(biāo)準(zhǔn)單彈簧阻尼系統(tǒng)，這是基礎(chǔ)的降階模型和一個的外部分的葉片 2 ) . 葉片尖端硬性連接描圖. 2 )"刀環(huán)" 葉片的細片(忽略質(zhì)量)作為一個單一的慣性體，其所有的瞬態(tài)干擾行為通過發(fā)電機軸的所有刀片.其他慣性力的代表如集聚效應(yīng)的葉根，輪轂，渦軸，齒輪，軸發(fā)電機，發(fā)電機的慣性都很大.一個典型的系統(tǒng)，內(nèi)部慣性主導(dǎo)地位取決于葉根和發(fā)電機的慣性量.許多研究者都推斷整個渦輪機和發(fā)電機成為一個單一的惰性體從而忽略第一機械型動態(tài)系統(tǒng)的作用.別人都認同第一動態(tài)模式，但不認同模式葉片彈性模式.相反，這些作者都假設(shè)葉片是一個慣性體而把模型渦輪軸作為一個彈簧體. 但是，在一個典型的系統(tǒng)中，軸上的刀片相比其他元件來說靈活得多. 我們的研究表明，第一機械模式的葉片可以與豎軸作為一個剛體. 我們的研究還表明，正確建模是研究力學(xué)的關(guān)鍵，以獲取準(zhǔn)確的瞬態(tài)仿真結(jié)果. 四.單一風(fēng)力發(fā)電機模型由兩個基本部分組成: 降階雙渦輪慣性模型和驅(qū)使風(fēng)力的力矩.在本文中， 我們假設(shè)發(fā)電機是一個標(biāo)準(zhǔn)的異步電機直接連接起來的網(wǎng)絡(luò)，這也是最常見的配置方法. ( 1 )葉片數(shù)目:有效傳動比=實際渦輪轉(zhuǎn)速/額定渦輪轉(zhuǎn)速； 電氣頻率基數(shù)； 每個葉尖惰性體:每個葉片根部惰性+慣性+慣性渦輪軸傳動力/慣性力+發(fā)電機軸轉(zhuǎn)子的慣性力； 葉片剛度，葉片阻尼，氣動風(fēng)力矩.發(fā)電機電氣扭矩和葉尖角度通過齒輪傳動反映出發(fā)電機軸向角.計算這個角需要有葉片斷裂的慣性力和彈簧減振器的相關(guān)參數(shù)(見圖 2).如果葉片放置在不破裂的正確位置，然后得到的機械模態(tài)形狀就會正確了. 研究的突破點主要在一個刀片力學(xué)性能上，可以從有限元分析或試驗的葉片得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，這個關(guān)鍵的數(shù)據(jù)似乎發(fā)生在第二個節(jié)點彎曲的葉片上.在研究實例個案上，降階系統(tǒng)的靈敏度放置不當(dāng)?shù)耐黄泣c是很大的. 所幸的是， 最先進的葉片或制成品設(shè)施(如在國家可再生能源實驗室的設(shè)施)有所需的資料用以確定葉片的斷裂點.電力工程師只需要這一信息請求便可輕易計算出典型制造的數(shù)據(jù).還可以計算出知識系統(tǒng)的第一型機械固有頻率的使用剛度. （2）哪里第一模型機械研究技術(shù)領(lǐng)先，其機械的固有頻率與系統(tǒng)連接到一起的幾率就大. 例如，在上一節(jié)系統(tǒng)的系統(tǒng)情況就是這樣.一般來說，制成品可以提供這樣的頻率范圍.它可以很容易的用制動脈沖對水輪機進行計算和分析.在大多數(shù)情況下葉片阻尼很小，并假定為零.在旋轉(zhuǎn)機中，衡量葉片的剛度是用彈簧剛度來計算的.主要衡量葉片的邊緣剛度.可以看出，在( 3 )中 ，計算剛度是依靠俯仰的角度的. 這也僅限于從零度至 10 度的典型情況. （3）根據(jù)這一限制表明，差異很小的不同位置需要設(shè)置不同的點.這意味著，根據(jù)實驗的支持，這是水輪機模型很小敏感性變異系統(tǒng)的準(zhǔn)確的俯仰角. 假設(shè)一個理想的轉(zhuǎn)盤來進行風(fēng)力矩的計算.（4）在葉尖部分反映出的實際速度，加上空氣密度的影響，通過清掃面積的葉片的磨合，計算出了機組的功率系數(shù). 不幸的是，這不是一個常數(shù) . 然而，大多數(shù)渦輪制成品的特性反映出同一條曲線. 曲線表示，作為功能機組的葉尖速比. 葉尖速比的定義是自由風(fēng)速度比渦輪葉片的冰山速度. ( 5 )葉片掃描半徑單元葉尖速比. 3 顯示了一個典型的風(fēng)力渦輪機曲線. 我們的研究已表明，可以假設(shè)固定情況下極高的風(fēng)力條件下進行暫態(tài)穩(wěn)定研究. 這是因為典型的變異葉尖速比下一個 10 秒的瞬態(tài)葉尖比小.假定風(fēng)并沒有顯著的改變模擬時間， 實際上，渦輪軸的扭矩實際上是一個調(diào)制版. 調(diào)制是眾所周知的，而且主要是考慮由于大樓遮蔽和力學(xué)失衡的作用，在專業(yè)人員和模式上才能出現(xiàn)典型的調(diào)制頻率(注: 1 人，是一種模式，每一個渦輪葉片).我們不把這些效應(yīng)考慮在內(nèi)，我們假定扭矩引起的暫時性故障比調(diào)制扭矩的多. 許多其他研究者已進行了這個假設(shè).今后的研究將側(cè)重于檢驗這一假設(shè). 在一般情況下，雙渦輪慣性模型在這里是一個相對穩(wěn)健的模式，涵蓋了許多汽輪機運行條件. 所有模型參數(shù)相對恒定，缺少敏感性的俯仰角度. 因為主要組成部分能量是短暫的，那是由于汽輪機的慣性能量的影響， 而且失速型風(fēng)力渦輪機可準(zhǔn)確模擬這種方式. 乙發(fā)電機模型中的標(biāo)準(zhǔn)做法是行之有效的建模發(fā)生器[1].標(biāo)準(zhǔn)而詳細的兩軸感應(yīng)機模型是用來代表異步發(fā)電機[1]的.由此方程( 6A )可知，凡是暫態(tài)開路的時間常數(shù)，滑移速度，都是同步的電抗，還是暫態(tài)電抗.而且并在 D 軸和 q 軸定子電壓中， 并在 D 軸和 Q 軸的每單位定子電流中. 轉(zhuǎn)矩的計算是從( 6B )及定子電流的計算中得到的，是通過( 6C )款的發(fā)電機模型參數(shù) ( 6 )計算出 (第 562 ) ( 106 ) ( 7C )的相關(guān)參數(shù).風(fēng)園造型中的風(fēng)園分為幾個風(fēng)力發(fā)電機連接到傳輸系統(tǒng)中整和為一個單一的系統(tǒng).這需要建模，因為每個渦輪暫態(tài)穩(wěn)定，可過于繁瑣.我們的目標(biāo)是整和風(fēng)園成為一套最起碼的等效模型.等價建模風(fēng)園涉及到把所有渦輪以同樣的機械固有頻率成一個單一相當(dāng)于渦輪機的系統(tǒng). 每個這些等效的渦輪然后連接到異步發(fā)電機上.甲相當(dāng)于水輪機模型的前提，我們的 做法是: 因為輪機都離不開一個共同的系統(tǒng)，每個渦輪也受到了同樣的干擾力矩. 因此，渦輪機的性能相似于震蕩階段.因此渦輪可合并為一個平行的機械組合.模態(tài)分析風(fēng)力公園系統(tǒng)支持這個假說。例如，考慮要予以合并的渦輪相同的自然頻率機械.，那么等于渦輪建模方程( 1 ) ( 7 )式中，彈簧和阻尼條件汽輪機分別是慣性體.渦輪得到的風(fēng)力矩是利用( 4 ) ，并迫使水輪機具有相同輸出功率為渦輪的總和，是機組的功率系數(shù)為渦輪機. 乙相當(dāng)于發(fā)電機模型用異步發(fā)電機參數(shù)的納加權(quán)平均法[16]來進行計算.用此方法，相當(dāng)于機床參數(shù)和計算，以加權(quán)平均納每一科的異步電機等效五 結(jié)論研究者已提交了降階動態(tài)風(fēng)力發(fā)電機模型適合于暫態(tài)穩(wěn)定性的方案.該模型是汽輪機作為一個四階非線性模型與風(fēng)速作為輸入?yún)?shù)得出的結(jié)論.渦輪方程符合標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電機的用于暫態(tài)穩(wěn)定的電氣方程.一個等效辦法還表明如何在幾個風(fēng)力發(fā)電機的情況下整和成風(fēng)園，還可以組合成單一模式的風(fēng)園. 模擬案例的提交證明這是正確的做法.今后的研究將側(cè)重于測試效果用于調(diào)制力矩的建模方法.