风力发电结业作业

课程结业考查作业课程结业考查内容清单学号姓名专业选定的考查内容清单1、根据所学知识，通过广泛查阅资料，总结并网型双馈式风力发电机组机侧变流器（RSC）不同功率控制策略的原理，评析各种功率控制策略的优缺点。为改善上述控制策略的不足，提出自己的思想并简要说明理由。（要求：至少对三种控制策略进行评析）；（30分）2、利用Matlab/Simulink软件建立四种风速模型并给出仿真波形，即基本风速，阵风，风速阶跃和背景噪声；（20分）成绩评定成绩：授课教师：年月日课程结业内容1：根据所学知识，通过广泛查阅资料，总结并网型双馈式风力发电机组机侧变流器（RSC）不同功率控制策略的原理，评析各种功率控制策略的优缺点。为改善上述控制策略的不足，提出自己的思想并简要说明理由。（要求：至少对三种控制策略进行评析）；（30分）变流器有两部分组成，一部分叫网侧变换器，另一部分叫转子侧变换器，这是根据他们所在位置命名的。网侧变换器的作用是实现交流侧单位功率因数控制和在各种状态下保持直流环节电压的稳定，确保转子侧变换器乃至整个双馈电机励磁系统可靠工作。转子侧变换器的主要功能是在转子侧实现根据发电机矢量控制系统指令，变换出需要的励磁电压。并网型双馈式风力发电机组机侧变流器功率控制策略有基于PI调节器的定子磁链定向矢量控制和基于PI调节器的定子电压定向矢量控制。一、基于PI调节器的定子磁链定向矢量控制在双馈电机定子磁链定向的矢量控制策略中，通常将双馈电机定子磁链与两相旋转dq坐标系的d轴相重合，逆时针旋转90°的方向作为q轴的方向，磁链矢量和两相旋转dq坐标系均以同步转速旋转，如图1所示。忽略双馈电机定子电阻,控制转子电流q轴分量不仅可以控制双馈电机电磁转矩，同时也可以控制其定子侧有功功率。控制转子电流d轴分量不仅可以控制双馈电机转子励磁，同时也可以控制其定子侧无功功率。因此分别控制转子侧电流d、q轴分量即可实现双馈电机有功功率和无功功率的解耦控制。图1定子磁链定向同步旋转坐标系二、基于调节器的定子电压定向矢量控制：采用定子磁链定向的矢量控制策略可以使双馈电机同普通异步电机一样实现电磁转矩和励磁电流的解耦控制。但是由于定子磁链观测精度等方面的原因，采用定子磁链定向的矢量控制策略对双馈电机实施控制时也存在着一些问题。因此基于定子电压定向的矢量控制策略被引入到双馈电机的控制之中。定子电压定向是将定子电压矢量与同步旋转坐标系的q轴重合，与其垂直并顺时针旋转的方向即为d轴方向，电压矢量和同步旋转dq坐标系均以相同的速度旋转，如图2所示。在定子电压恒定不变的情况下，双馈电机定子侧有功功率由转子电流的q轴分量决定，无功功率由转子电流的d轴分量决定，因此通过分别控制转子侧电流d、q轴分量即可实现双馈电机有功功率和无功功率的解耦控制。但因为定子电阻存在造成定子电压矢量不垂直于定子磁链矢量而造成不能完全解耦。图2定子电压定向同步旋转坐标系内容2：利用Matlab/Simulink软件建立四种风速模型并给出仿真波形，即基本风速，阵风，风速阶跃和背景噪声；（20分）一、基本风基本风描述的是风电场平均风速的变化情况。它可以由风电场测量所得的威布尔分布参数近似确定)/11(KAvwB（1）式中AK——表示威布尔分布尺度参数和形状参数；)(——伽马函数。在实际与仿真时我们近似认为wBV是一个不随时间变化的分量，也就是取wBV为一个常数。仿真结果：11.522.533.544.5522.22.42.62.833.23.43.63.841、基本风模型时间/s风速/(m/s)图3基本风仿真结果二、阵风阵风反映风速的突变性。wGV用于表述风速的突然变化，在三个时间段内有不同的风速，1G0tT风速wGV0（2）)(11GGGTTtT风速wGcosVV（3）cosV表示在该时间段内风速变化具有余弦特性，其表达式为:)(2cos121maxcosGGGTTtvv（4）1G+TGtT风速wGV0（5）式中maxGV——阵行风最大的风速（m/s）；t——时间（s）；1GT——出现阵性风的时间（起动时间s）；GT——阵性风的持续时间。仿真结果：00.511.522.533.544.550246810122、阵风模型时间/s风速/(m/s)图4阵风仿真结果三、渐变风渐变风反映风速的渐变性。wRV用于描述风速的逐渐的变化，在四个时间区段内有不同风速，1R0tT风速wRV0（6）RRTtT21〈风速wRVrampV（7）rampV表示在该时间区段内风速线性变化表达式)1(212maxRRRRrampTTTtvv（8）RRRTTtT22风速wRmaxV=V（9）RRTTt2风速wRV=0（10）仿真结果：00.511.522.533.544.5500.511.522.533、阶跃风模型时间/s风速/(m/s)图5阶跃风仿真结果四、随机风：随机风反映的是风速变化的随机性。wNv用以描述在指定的高度的风速变化的随机风的特性，由许多谐波分量构成，其表达式为NtiiiVwN)cos()(2（12）式中w——随机分布的离散间距；iw——第I个分量的角频率，wiwi)2/1(；i——第I个分量的初相角为0~2Pi之间分布的随机量；)(ivws——第I个分量的振幅。31222)/(12)(iiNivFwwFKwS（13）式中NK——地表摩擦系数；F——拢动范围m2；——相对高度的平均风速（m/s）。