風(fēng)力發(fā)電技術(shù)試驗(yàn)說明書

1、指導(dǎo)老師:卜京南京市玄武區(qū)孝陵衛(wèi)200號(hào)自動(dòng)化學(xué)院5樓（5062）聯(lián)系方式:137-7031-9720E_mail:風(fēng)力發(fā)電技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書概 述本文詳述了介紹了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的基本原理與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。包括湍流風(fēng)速建模、風(fēng)速估計(jì)、最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制、葉尖速比控制、變槳控制、限功率控制等。基于風(fēng)力機(jī)模擬器硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在LabVIEW上位機(jī)軟件編寫控制算法，并將其應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。小組成員姓 名:學(xué) 號(hào)：姓 名:學(xué) 號(hào)：姓 名:學(xué) 號(hào)：姓 名:學(xué) 號(hào)：姓 名:學(xué) 號(hào)：日 期：2016年9月23日預(yù)備知識(shí)-實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基本結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖上圖所示，硬件主要包括：1）電機(jī)對(duì)拖機(jī)組電機(jī)對(duì)拖機(jī)組完成

2、風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)鏈的動(dòng)態(tài)模擬，其中不同類型風(fēng)力機(jī)可選不同對(duì)拖形式，包括齒輪箱可選，高速/中速/低速可選，容量（5kW500kW）可選。其中原動(dòng)機(jī)的選擇交/直流電機(jī)可選（推薦使用感應(yīng)電機(jī)），發(fā)電機(jī)可選擇永磁或雙饋電機(jī)。2） 原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器及整流/逆變變流設(shè)備本模擬試驗(yàn)系統(tǒng)統(tǒng)一采用技術(shù)成熟、可靠穩(wěn)定的VACON工業(yè)變頻器，功能上，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的變流設(shè)備接受上層PLC控制器的運(yùn)行指令（轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩/電壓）完成發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)的伺服控制（閉環(huán)轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速控制）。3） 主控PLC主控PLC作為整個(gè)系統(tǒng)的主控器進(jìn)行實(shí)時(shí)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與運(yùn)行控制，本模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用BECKHOFF高性能工業(yè)PC。功能上，主控PLC完成風(fēng)力機(jī)模

3、型及控制算法的嵌入與實(shí)時(shí)模擬，計(jì)算實(shí)時(shí)指令的下達(dá)與運(yùn)行狀態(tài)信息的接收，同時(shí)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與保護(hù)。4） 上位機(jī)系統(tǒng)完成PC調(diào)試功能，包含基于文本的數(shù)據(jù)保存功能與系統(tǒng)調(diào)試。以文本形式保存的所有運(yùn)行數(shù)據(jù)可以通過MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)后處理函數(shù)庫。另外，可通過LabVIEW，TwinCAT或高級(jí)語言進(jìn)行人機(jī)界面的編程實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)一 組合風(fēng)速模型的生成1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)室模擬時(shí)，風(fēng)速模擬的逼真性直接影響整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的性能研究與測(cè)試，在研究并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行、規(guī)劃及動(dòng)態(tài)特性等有關(guān)問題時(shí)就需要建立與之相適應(yīng)的風(fēng)速模型，從而能夠?qū)︼L(fēng)速的變化進(jìn)

4、行模擬，研究在一定風(fēng)速條件下系統(tǒng)的性能。因此，較準(zhǔn)確地模擬實(shí)際風(fēng)況是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模擬中的首要問題。組合風(fēng)速模型是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)速的模擬，使得到的模擬風(fēng)速能夠較精確地反映風(fēng)速的實(shí)際突變性、漸變性及隨機(jī)性等特點(diǎn)。能夠全面地檢驗(yàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的性能，尤其是在風(fēng)速突變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾性。適用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的模擬研究工作。（#正文宋體小四，1.5倍行距）2實(shí)驗(yàn)要求（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）（1）了解組合風(fēng)速的四個(gè)構(gòu)成部分，并能夠在LabVIEW中輸入構(gòu)成部分的表達(dá)式，實(shí)現(xiàn)各個(gè)組成部分模擬；（2）用LabVIEW中的信號(hào)圖形用plot畫出來；（3）分析仿真結(jié)果，與實(shí)際風(fēng)速進(jìn)行比較，總結(jié)出仿真結(jié)論。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

5、（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）組合風(fēng)速模型由4種風(fēng)（基本風(fēng)、陣風(fēng)、漸進(jìn)風(fēng)、隨機(jī)風(fēng)）的分量組合而成，來模擬現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)速。I 基本風(fēng)基本風(fēng)描述的是風(fēng)電場(chǎng)平均風(fēng)速的變化情況。它存在于風(fēng)輪機(jī)運(yùn)行的整個(gè)過程，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)輸送額定功率起著決定性作用。一般可以認(rèn)為基本風(fēng)風(fēng)速是作用在風(fēng)輪機(jī)上的平均風(fēng)速，所以基本風(fēng)速是一個(gè)具體的常數(shù)值：, (為常數(shù)）(1-7)II 陣風(fēng) 陣風(fēng)反應(yīng)風(fēng)速的突變性，其數(shù)學(xué)模型為(1-8)式中，為陣風(fēng)開始時(shí)間，為陣風(fēng)持續(xù)時(shí)間,為陣風(fēng)的最大值。III 漸變風(fēng)漸變風(fēng)風(fēng)速反應(yīng)風(fēng)速的緩慢變化特性，其數(shù)學(xué)模型為(1-9)式中，為漸變風(fēng)開始時(shí)間，為漸變風(fēng)停止時(shí)間，為漸變風(fēng)最大值。IV 隨機(jī)風(fēng)隨機(jī)風(fēng)速

6、反應(yīng)風(fēng)速變化的隨機(jī)性，用隨機(jī)噪聲風(fēng)速來模擬，即simulink Library BrowserSourcesBand-limited White Noise模塊來代替。綜合上述四種風(fēng)速成分，可建立模擬風(fēng)速的模型為(1-10)式中為作用在風(fēng)輪機(jī)上的組合風(fēng)速，單位為。4實(shí)驗(yàn)步驟（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）這部分主要說明在LabVIEW中如何構(gòu)建出來上述四種風(fēng)。即按matlab中所示結(jié)果為例，應(yīng)詳細(xì)說明如何在LabVIEW搭建如下matlab所示的組合風(fēng)速。圖 1 風(fēng)力機(jī)模擬器結(jié)構(gòu)圖（#黑體，居中，10號(hào)）5實(shí)驗(yàn)結(jié)果（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）6實(shí)驗(yàn)心得（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）實(shí)驗(yàn)二 風(fēng)速觀測(cè)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?

7、一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）最優(yōu)葉尖速比法利用風(fēng)速計(jì)等設(shè)備測(cè)量風(fēng)速，計(jì)算得到在該風(fēng)速下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，然后直接根據(jù)轉(zhuǎn)速計(jì)算值與測(cè)量值的誤差進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，使之達(dá)到最優(yōu)轉(zhuǎn)速；而功率曲線法是檢測(cè)當(dāng)前轉(zhuǎn)速，并假定此轉(zhuǎn)速為最優(yōu)葉尖速比對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速功率曲線獲得對(duì)應(yīng)于當(dāng)前轉(zhuǎn)速的功率值，進(jìn)而計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩給定，間接進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。綜上，可以看出直接轉(zhuǎn)速控制明確，原理簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能更好；但直接轉(zhuǎn)速控制還要獲得實(shí)時(shí)風(fēng)速信息來參與計(jì)算，而間接轉(zhuǎn)速控制則不必。實(shí)時(shí)風(fēng)速需要通過風(fēng)速計(jì)來測(cè)量，但是風(fēng)速計(jì)測(cè)到的只是一點(diǎn)或者幾點(diǎn)的風(fēng)速，并不完全反應(yīng)作用在風(fēng)機(jī)葉片上的風(fēng)速，并且風(fēng)速計(jì)自身存在慣性本身也有測(cè)量誤差和延遲，正是因?yàn)閷?shí)際

8、測(cè)量風(fēng)速存在上述諸多問題，所以要采用風(fēng)速估計(jì)獲得較準(zhǔn)確的風(fēng)速信息。（#正文宋體小四，1.5倍行距）2實(shí)驗(yàn)要求（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）了解風(fēng)速估計(jì)的若干種方法原理，理解風(fēng)機(jī)的機(jī)械動(dòng)態(tài)過程和風(fēng)力機(jī)曲線氣動(dòng)模型，搭建基于LabVIEW的風(fēng)速估計(jì)模塊。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）為了獲得有效風(fēng)速，把風(fēng)力發(fā)電機(jī)組當(dāng)作風(fēng)速儀對(duì)有效風(fēng)速進(jìn)行估計(jì)，因此需要建立有效風(fēng)速估計(jì)方法。風(fēng)速估計(jì)方法主要由兩部分組成：氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩的估計(jì)和風(fēng)速估計(jì)值的計(jì)算。首先利用轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩估計(jì)氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩，再利用氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩估計(jì)值進(jìn)行風(fēng)速估計(jì)值的計(jì)算。1）估計(jì)算法A.氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩的估計(jì)：方法一：功率平衡估計(jì)法(PBE)1由風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速方程： (5

9、-10)其中，是風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，是轉(zhuǎn)速的加速度，是氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩，是電磁轉(zhuǎn)矩?？傻玫綒鈩?dòng)轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式： (5-11)其中，是前后兩次測(cè)量轉(zhuǎn)速差，是兩次測(cè)量時(shí)間間隔。方法二：卡爾曼濾波法(KF)2-3卡爾曼濾波算法是一種基于狀態(tài)方程對(duì)狀態(tài)變量進(jìn)行估計(jì)的有效方法，它可以給出系統(tǒng)在真實(shí)環(huán)境中的最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)。首先將簡(jiǎn)化風(fēng)機(jī)模型轉(zhuǎn)化為狀態(tài)方程的形式： (5-12)其中，是氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩的時(shí)間常數(shù)；，。對(duì)狀態(tài)方程進(jìn)行離散化，即可得到相應(yīng)的卡爾曼離散模型。 (5-13)其中，是采樣時(shí)間。具體算法過程如表5.1：表5.1 卡爾曼濾波算法階段 算法預(yù)測(cè)階段 卡爾曼增益 修正階段 其中，P為狀態(tài)變量X對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣，Q和R分

10、別為系統(tǒng)噪聲的協(xié)方差矩陣和測(cè)量噪聲的協(xié)方差矩。編程時(shí)可設(shè)P初始值10I，Q=1，R=1。本實(shí)驗(yàn)中利用KF法得到的氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩估計(jì)值符號(hào)與實(shí)際相反，需要加負(fù)號(hào)取反。B.風(fēng)速估計(jì)方法一：牛頓-拉夫遜算法4風(fēng)機(jī)氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：(5-14)由氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩公式，令。根據(jù)牛頓拉夫遜算法得到以下迭代公式：(5-15)(5-16)解出的近似解后，由求得當(dāng)前估計(jì)風(fēng)速。4實(shí)驗(yàn)步驟（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）這部分主要說明在LabVIEW中如何構(gòu)建出來風(fēng)速估計(jì)模塊。即按matlab中所示結(jié)果為例，應(yīng)詳細(xì)說明如何在LabVIEW搭建如下matlab所示的風(fēng)速估計(jì)模塊。圖 2 風(fēng)力機(jī)模擬器結(jié)構(gòu)圖（#黑體，居中，10號(hào)）5實(shí)驗(yàn)結(jié)果（#一

11、級(jí)標(biāo)題，宋體小三）6實(shí)驗(yàn)心得（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）實(shí)驗(yàn)三 最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）最開始，被開發(fā)和使用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是恒速恒頻式，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速固定不變。而實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，其運(yùn)行效率并不理想，是因?yàn)檗D(zhuǎn)速也會(huì)影響風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能捕獲效率。當(dāng)轉(zhuǎn)速與來流風(fēng)速成一定比值時(shí)，風(fēng)力機(jī)的效率達(dá)到最大值（該比值由風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定）。因此，為了提高風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行效率，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)替代了恒速恒頻式，并根據(jù)風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性，提出了最大功率點(diǎn)跟蹤（maximum power point tracking，MPPT）控制策略，控制風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速的變化。當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，目前的MPPT控制方

12、法主要包括功率曲線法、葉尖速比法和爬山法三大類。功率曲線法作為其中一種控制方法，由于不需要獲取實(shí)時(shí)風(fēng)速信息，以其簡(jiǎn)單易行且控制效果優(yōu)秀的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)和各容量風(fēng)力機(jī)實(shí)際投運(yùn)中。之后介紹功率曲線法。（#正文宋體小四，1.5倍行距）2實(shí)驗(yàn)要求（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）了解傳統(tǒng)功率法的控制原理；根據(jù)風(fēng)力機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)功率曲線控制方法；編譯基于LabVIEW的控制器，并仿真驗(yàn)證控制器的正確性。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）功率曲線法，也稱最優(yōu)轉(zhuǎn)矩法或者功率信號(hào)反饋法，其控制原理圖如圖1所示。根據(jù)事先制定好的功率曲線，采集實(shí)時(shí)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，從而計(jì)算發(fā)電機(jī)的電磁功率或轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)。功率曲線如圖2

13、所示，是每個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最大風(fēng)能捕獲功率，即 (5-1)其中，是空氣密度，為風(fēng)輪葉片長(zhǎng)度，是風(fēng)能利用系數(shù)的最大值，是最優(yōu)葉尖比，是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。圖1. 功率曲線法控制原理圖圖2. 風(fēng)力機(jī)功率曲線模型選為NERL提供的CART3 600kW風(fēng)力機(jī)，空氣密度為，風(fēng)輪半徑為20，最大風(fēng)能捕獲系數(shù)為0.46，最佳葉尖速比為5.8。因此 (5-2)則功率曲線法的控制率可以表示為 (5-3)4實(shí)驗(yàn)步驟（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）這部分主要說明在LabVIEW中如何構(gòu)建出來最優(yōu)轉(zhuǎn)矩模塊。即按matlab中所示結(jié)果為例，應(yīng)詳細(xì)說明如何在LabVIEW搭建如下matlab所示的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩模塊。圖 3 風(fēng)力機(jī)模擬器結(jié)構(gòu)圖

14、（#黑體，居中，10號(hào)）5實(shí)驗(yàn)結(jié)果（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）6實(shí)驗(yàn)心得（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）實(shí)驗(yàn)四 葉尖速比控制1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）葉尖速比法利用風(fēng)速計(jì)等設(shè)備測(cè)量風(fēng)速，計(jì)算得到在該風(fēng)速下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，然后直接根據(jù)轉(zhuǎn)速計(jì)算值與測(cè)量值的誤差進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，使之達(dá)到最優(yōu)轉(zhuǎn)速。NSSFC即非線性靜態(tài)反饋控制，表示在忽略外部干擾時(shí)，令轉(zhuǎn)速的計(jì)算值（參考值）與測(cè)量值（實(shí)際值）兩者的誤差滿足非線性方程，然后根據(jù)該非線性方程導(dǎo)出所需的電磁轉(zhuǎn)矩。為了使該方程穩(wěn)定，該非線性方程的系數(shù)需要滿足勞斯判據(jù)（#正文宋體小四，1.5倍行距）2實(shí)驗(yàn)要求（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）理解基于非線性靜態(tài)反饋控制的單質(zhì)量塊的葉

15、尖速比法，了解電磁轉(zhuǎn)矩的導(dǎo)出過程，搭建基于LabVIEW的NSSFC模塊，并結(jié)合之前的單質(zhì)量塊模型進(jìn)行仿真。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）圖 4 基于葉尖速比的控制結(jié)構(gòu)圖（#黑體，居中，10號(hào)）A、 需要觀測(cè)的量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速加速度（可以通過加速度觀測(cè)實(shí)現(xiàn)，也可以直接對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行差分）B、 氣動(dòng)估計(jì)首先估計(jì)氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩 其中為常值干擾（或轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)受到的常值阻力）之后使用Newton-Raphson法根據(jù)下式估計(jì)等效風(fēng)速 C、 控制算法參考轉(zhuǎn)矩信號(hào)由如下公式計(jì)算得到 其中，D、 濾波器在控制流程中，除風(fēng)速估計(jì)需要用到，其余仍至少需要使用兩個(gè)低通濾波器：第一個(gè)為從到，使其變成一個(gè)

16、低頻的跟蹤目標(biāo)；第二個(gè)是對(duì)進(jìn)行濾波，得到一個(gè)較為平滑的轉(zhuǎn)矩信號(hào)。具體濾波器形式仍需視具體情況而定。E、 整體流程采集A中所需測(cè)量的狀態(tài)量；根據(jù)B所述，獲得風(fēng)速估計(jì)值和轉(zhuǎn)矩估計(jì)值，并根據(jù)獲得目標(biāo)轉(zhuǎn)速；對(duì)目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行濾波，得到參考轉(zhuǎn)速；按照C所示，計(jì)算參考轉(zhuǎn)矩；對(duì)進(jìn)行濾波，并將濾波后的轉(zhuǎn)矩信號(hào)施加到發(fā)電機(jī)上。4實(shí)驗(yàn)步驟（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）這部分主要說明在LabVIEW中如何構(gòu)建出來NSFFC模塊。即按matlab中所示結(jié)果為例，應(yīng)詳細(xì)說明如何在LabVIEW搭建如下matlab所示的NSFFC模塊。圖 5 風(fēng)力機(jī)模擬器結(jié)構(gòu)圖（#黑體，居中，10號(hào)）5實(shí)驗(yàn)結(jié)果（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）6實(shí)驗(yàn)心得（

17、#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）實(shí)驗(yàn)五 變槳控制1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）變速恒頻變槳距風(fēng)力機(jī)己經(jīng)成為當(dāng)今國際風(fēng)力機(jī)生產(chǎn)的主流方向，隨著風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，在滿足了風(fēng)機(jī)可靠運(yùn)行的情況下，人們對(duì)更高的風(fēng)能利用系數(shù)和更加平穩(wěn)的功率輸出的要求更加迫切。變獎(jiǎng)距是指安裝在輪轂上的葉片通過控制可以改變其槳距角的大小。在運(yùn)行過程中，當(dāng)輸出功率小于額定功率時(shí)，槳距角保持在00位置不變，不作任何調(diào)節(jié)；當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率達(dá)到額定功率以后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)輸出功率的變化調(diào)整槳距角的大小，使發(fā)電機(jī)的輸出功率保持在額定功率。此時(shí)控制系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)，形成閉環(huán)控制。（#正文宋體小四，1.5倍行距）2實(shí)驗(yàn)要

18、求（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）了解變槳控制的若干方法原理，設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)變槳與轉(zhuǎn)速控制器，并在LabVIEW中搭建風(fēng)力機(jī)控制模塊，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變槳控制。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）1 工作原理如下圖所示的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩曲線，運(yùn)行軌跡按照A-B1-C1-E。其中B1-C1為MPPT控制，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，C1-E為恒速變轉(zhuǎn)矩控制，其中的轉(zhuǎn)矩指令是通過PI調(diào)節(jié)的。而當(dāng)工作點(diǎn)大于E之后，風(fēng)機(jī)通過變槳控制使得輸出恒定的功率。圖1 變速風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性曲線而變槳控制其實(shí)就改變槳距角來改變氣動(dòng)的大小，由以上的分析可知風(fēng)力機(jī)的特性通常由一簇功率系數(shù)的無因次性能曲線來表示，風(fēng)能利用系數(shù)是風(fēng)力機(jī)葉尖速比和節(jié)距角的

19、函數(shù)，即。如下圖所示的風(fēng)力機(jī)曲線特性。圖2 變槳風(fēng)機(jī)的特性曲線從圖中可歸納以下兩點(diǎn)：a對(duì)于某一固定槳葉節(jié)距角下，存在唯一的風(fēng)能利用系數(shù)最大值。b對(duì)于任意的尖速比，槳葉節(jié)距角。下的風(fēng)能利用系數(shù)，相對(duì)最大。隨著槳葉節(jié)距角增大，風(fēng)能利用系數(shù)，明顯減小。以上兩點(diǎn)為變速恒頻變槳距控制提供了理論基礎(chǔ)：在風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，槳葉節(jié)距角，通過變速恒頻裝置，隨風(fēng)速變化改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)予轉(zhuǎn)速使風(fēng)能利用系數(shù)恒定在，捕獲最大風(fēng)能，并輸出電能頻率不變：在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距角從而改變發(fā)電機(jī)輸出功率，使輸出功率穩(wěn)定在額定功率附近。2 控制策略在風(fēng)速低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，槳距角為常數(shù)，通過改變電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的最大

20、功率點(diǎn)運(yùn)行。當(dāng)高于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，但未達(dá)到額定功率時(shí)，風(fēng)電機(jī)組通過輸入誤差為轉(zhuǎn)速輸出為轉(zhuǎn)矩的PI控制器來控制轉(zhuǎn)矩，當(dāng)高于額定功率時(shí)，則給定轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩，并且通過PI控制槳距角實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速恒定，達(dá)到恒功率輸出的目的?？刂撇呗匀缦聢D所示：圖3 風(fēng)力機(jī)的協(xié)調(diào)控制策略槳距角的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，通過文獻(xiàn)參考，按每秒不超過10O的變化率來確定。圖4 變槳風(fēng)機(jī)的槳距角執(zhí)行機(jī)構(gòu)4實(shí)驗(yàn)步驟（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）這部分主要說明在LabVIEW中如何構(gòu)建出來變槳控制模塊。即按matlab中所示結(jié)果為例，應(yīng)詳細(xì)說明如何在LabVIEW搭建如下matlab所示的變槳控制模塊。圖 6 風(fēng)力機(jī)模擬器結(jié)構(gòu)圖（#黑體，居中，10號(hào)）5實(shí)驗(yàn)結(jié)果（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）6實(shí)驗(yàn)心得（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）實(shí)驗(yàn)六 限功率控制1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）隨著風(fēng)電場(chǎng)大量并入電網(wǎng)，如風(fēng)力機(jī)仍采用常規(guī)MPPT控制，會(huì)使得風(fēng)機(jī)輸出功率隨著風(fēng)速變化而劇烈波動(dòng)，影響風(fēng)機(jī)輸出電能質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。為此，在電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度下，研究風(fēng)力機(jī)的限功率控制策略，對(duì)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)有功期望下的安全穩(wěn)定輸出具有現(xiàn)實(shí)意義。（#正文宋體小四，1.5倍行距）2實(shí)驗(yàn)要求（#一級(jí)標(biāo)題，宋體小三）了解不同風(fēng)速區(qū)風(fēng)力機(jī)限功率輸出的工作原理，設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)變槳與轉(zhuǎn)速控制器，并在LabV