《固定風力發(fā)電機和風力集成園建模系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的研究畢業(yè)課程設計外文文獻翻譯、中英文翻譯、外文翻譯》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《固定風力發(fā)電機和風力集成園建模系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的研究畢業(yè)課程設計外文文獻翻譯、中英文翻譯、外文翻譯（30頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

附錄 A 固定風力發(fā)電機和風力集成園建模系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的研究 緒論 抽象程度越來越高的風力 發(fā)電 渦輪機，在現(xiàn)代電力系統(tǒng) 中 需要 一項 準確的風力發(fā)電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定模式 . 因為許多風力發(fā)電機往往集合在一起， 其中 等價建模幾個風力發(fā)電機尤為關鍵 . 本文 介紹的 降階動態(tài)固定風力發(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 所構建 的高階有限元模型 . 然后， 用等價方式 表明如何 將 幾個風力發(fā)電機的風力合并成一個 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)，含風力發(fā)電機 . 所以說， 本文著重于 介紹 水平軸風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 風力發(fā)電機組 的 建模， 計算 風力渦輪機造型 . 正文 一 大家對 風能 的 發(fā)展 展現(xiàn)出了濃厚 的興趣 . 伴隨著 使用風力發(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 的設計評估 . 本文 的第一個目的是 提出一個準確的低階動態(tài)模型的風力發(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 的風力發(fā)電機 ， 或風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) . 由于大型風力裝置 的構建 是由許多個風力發(fā)電機 組成的 ， 風力發(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 結合數(shù)個風力發(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 . 風力發(fā)電機主要分為定速或變速 . 以最 小 單位，渦輪驅動的感應發(fā)電機 為例 ， 它是直接連接到電網(wǎng) 上的 . 渦輪轉速變化很小， 那是 由于陡坡的發(fā)電機轉矩 和 轉速的 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 幾個固定轉速風 力發(fā)電集成園 . 第一 種 典型的風力 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 機械振動的風力互動 學 與機電動力學 . 這方面的例子 參見本文 . 因此，為了 構建 一個精確的模型 ， 風力發(fā)電機可用于暫態(tài)穩(wěn)定 的 研究 . 第一種 渦輪機械動力學必須 能 準確 的 代表 模型 . 這里的 風力發(fā)電機模型 建 出了導電模型 ， 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合 生成了 一個標準發(fā)電機模型 . 模擬計算表明了模型的精確性 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 力發(fā)電 園成為相當于風力發(fā)電機模型 的極小系統(tǒng) . 我們對等價建模 的 風園涉及 到 把所有渦輪以同樣的機械固有頻率 整和 成單一當量的渦輪機 . 模擬結果表明，這種方法能夠提供準確的結果 . 二 . 范例 關于 風力發(fā)電機 建模的代表范例是關于 暫態(tài)穩(wěn)定 系統(tǒng)的，它包括在 [2] - [10] . 模擬結果 表明， 固定頻 率的 風力發(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 . 結果 [7]集中 表明了 幾個風力發(fā)電機系統(tǒng) 和 降階風園模型 的類型和與類型相 結合的方法 . 但是， 作者不 能 解決水輪機 和風力發(fā)電機相結合時 采用這種方法保存的機械 要求 . 我們的研究結果表明 :這關鍵在于有一個準確的風示范園 . [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 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 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 五 轉 ，三 轉 水輪機模型 的大部分都 采用動量理論 來 計算氣動力 . 三 ，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 渦輪軸驅動發(fā)電機 的 . 目的是為了準確反映軸轉速和扭矩特性與最小模型 的 秩序和復雜性 . 數(shù)值調查表明， 機械 氣動和機械效應 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軸機床，包括三個 葉片 ，葉片的 一套點俯仰角度 為 一個 軸 ， 它們的 額定功率 為 瓦，在 15 米 /秒的風 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 利用限元軟件 (來自機械動力學 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 于機械設計中的大多數(shù)水平軸風力渦輪機極為相似， 結果 使 該方法的適用面廣 . 研究者 在 用 亞當斯 /分數(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 的研究方法 達 米的 三相短路 ， 發(fā)電機軸 對電路的混亂 反應進行了分析 . 1 . 從 圖 1 ， 系統(tǒng) 的反應是一個阻尼振蕩 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在部位的葉片 的作用 1)亞當斯仿真結果 . 現(xiàn)代風力渦輪葉片非常大，有彈性， 而且往往顫動 . 1表明，它主要包含 4 量 它 通常有第一型機械自然頻率在 0 至 10 赫茲范圍內 . 因為這個范圍也是典型的機電振蕩 頻率范圍 ， 這 還 是風力渦輪機 的關鍵頻率范圍 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 主導反應 . 從圖 1起見，該模型 的描圖 可以代表兩 標準 單彈簧阻尼系統(tǒng) ， 這是基礎的降階模型 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 的 代 表 如 集聚效應的葉根，輪轂，渦軸，齒輪，軸發(fā)電機，發(fā)電機的慣性 都很大 部慣性主導地位 取決于 葉根和發(fā)電機的慣性 量 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 一動態(tài)模式，但不 認同 模式葉片彈性 模式 些作者都假設葉片是一個慣性 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 的 關鍵，以獲取準確的瞬態(tài)仿真結果 . 四 降階雙渦輪慣性模型 和 驅使風力 的力 矩 文中， 我們假設發(fā)電機是一個標準的異步電機直接連接 起來 的網(wǎng) 絡 ，這 也 是最常見的配置 方法 . ( 1 )葉片數(shù)目 :有效傳動比 =實際渦輪轉速 /額定渦輪轉速； 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)電機軸轉子 的慣性力 ； 葉片剛度 ， 葉片阻尼 ， 氣動風力矩 葉尖角度通過齒輪傳動反映 出 發(fā)電機軸 向 角 個角 需要有葉片斷裂的 慣性力和 彈簧減振器 的 相關參數(shù) (見 圖 2)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 性能上 ，可以從有限元分析或試驗的葉片 得到相應的數(shù)據(jù) ， 這個關鍵的數(shù)據(jù) 似乎發(fā)生在第二個節(jié)點彎曲的葉片 上 究 實例個案 上 ，降階系統(tǒng)的靈敏度放置不當?shù)耐黄泣c是很大的 . 所幸的是， 最 先進 的葉片或制成品設施 (如在國家可再生能源實驗室 的設施 )有所需的資料 用 以確定葉片 的 斷裂點 一信息 請求 便 可輕易計算出典型制造的數(shù)據(jù) 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 領先， 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 成品可以提供這樣的頻率 范圍 用制動脈沖對水輪機 進行計算 和分析 假定為零 ， 衡量葉片的剛度是 用彈簧剛度來計算的 片的邊緣 剛度 ( 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 設置 不同的 點 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 準確的 俯仰角 . 假設一個理想的轉盤 來進行 風力矩 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力渦輪機 曲線 . 我們的研究已表明，可以假設固定 情況下 極高的風力條件 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 的改變模擬時間 ， 實際上 ， 渦輪軸 的 扭矩實際上是一個調制版 . 調制是眾所周知的，而且主要是 考慮 由于大樓遮蔽和力學失衡 的作用 ，在專業(yè)人員和模式 上才能出現(xiàn) 典型的調制頻率 (注 : 1 人，是一 種模式 ，每一個渦輪葉片 )慮在內 ，我們假定扭矩引起的暫時性故障比調制扭矩 的 多 . 許多其他研究者已進行了 這個假設 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 失速型風力渦輪機可準確模擬這種方式 . 乙發(fā)電機模型中的標準做法是行之有效的建模發(fā)生器 [1] 詳細 的 兩軸感應機模型是用來代表異步發(fā)電機 [1]的 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 在 ， 并在 軸 的 每單位定子電流 中 . 轉矩的計算是從 ( 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 )的相關參數(shù) . 風園造型 中的 風園分為幾個風力發(fā)電機連接到傳輸系統(tǒng) 中整和為 一個單一的系統(tǒng) 模，因為每個渦輪暫態(tài)穩(wěn)定，可過于繁瑣 風園成為一套最起碼的等效模型 把所有渦輪以同樣的機械固有頻率成一個單一相當于渦輪機 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 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 平行的機械組合 〔 15〕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 風力矩是 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 . 乙相當于發(fā)電機模型 用 異步發(fā)電機參數(shù) 的 納加權平均法 [16]來進行計算 當于機床參數(shù)和計算，以加權平均納每一科的異步電機等效 ： 六 建模方法 的性質 ； 這些規(guī)定 見 于 [12] ， [14] ， [15] . 例如甲 1 這個例子中， 我們比較兩個慣性降階汽輪機 的 響應 限元模型 5 慣性模式 的 每種模式， 然后 連接 到 通過一個感應發(fā)電機 1. 5 慣性模式再現(xiàn) 了 每個葉片邊緣和瓣彈簧減震器； 在代表 低速軸彈簧剛度 特性中 和氣動模型采用渦 輪力 理論 [13]. 5慣性模式也包含了離心 力 ，重力 和 科里奧利效應 [11]， [12] . 如 第三節(jié)敘述 的 水輪機性能 瓦的風力發(fā)電系 統(tǒng) 連接到 60 赫茲 . 附錄 中提供了 水輪機和異步發(fā)電機模型參 數(shù)的降階模型 紡真 ，其中包括非常詳細的氣動和機械模型 ： 兩個慣性降階模型 整和成 一個 6 階模型，而有限元模型大約有 650 階 ，而五年慣性模式是 18 秩序 個慣性降階模型密切配合的高度詳細的有限元及五慣性模式 我們展示靈敏度的 雙氣輪機 模式 而 選擇的葉片斷裂點 相同的模型 中 50%的突破點位葉片彈簧為中心的葉片半徑 上 3%斷點和 56%的 突破點 . 百分比顯示的位置，從沿葉片半徑樞紐葉片彈簧 放置的位置中， 反應 的分歧 也相當大，值得仔 細挑選的 是 葉片斷裂點 . 例如 在丙 3這個例子中，我們比較瞬態(tài)雙渦輪慣性模型更 能 簡化 成 一個 結果 . 4 應用 舉例 慣性模式與兩個慣性降階模型響應舉例 6 研究者往往用慣性模型 (例如， [2] - [5] )來研究標準 的水輪機模型 7 . 例如測試系統(tǒng) 圖 風園 "所在地 的圖 9 千伏的平行線由風力發(fā)電機相連 到 230千伏輸電 的 系統(tǒng) . 該風力發(fā)電機是 使用 相同的例子 如 1 ， 在 風速 12米 /秒 的情況下進行的測試 每個同步發(fā)電機配備了調速器和勵磁系統(tǒng) 隨著勵磁和調速用于同步發(fā)電機 的 模型 試 . 電力系統(tǒng)的 工具箱作了修改以允許模擬風力發(fā)電機 的情況 組 顯示出的兩個 混亂的 組成造型 . 在 系統(tǒng) 15日之后開放路線 的循環(huán)故障 . 研究者 分析的雙渦輪慣性反應表明兩種模式的振蕩 :一塊 赫茲模式，是機械方式的汽輪機和 汽輪機 . 類似的分析中的一個慣性反應表明只有一個模式，在240赫茲 范圍內 由于失誤， 單一慣性系統(tǒng)圖在第一搖擺 區(qū)間出現(xiàn)了 振蕩反應 不同的 瞬態(tài) 系統(tǒng) 和小信號穩(wěn)定性能的系統(tǒng) . 一個慣性反應表明，一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，以較低的首擺動偏差和高振蕩阻尼 這樣的形式運動會更穩(wěn)定 他的例子〔 14〕證明的情況下，單一的慣性反應， 發(fā)生在 穩(wěn)定和更精確的雙慣性反應 之間時 是不穩(wěn)定的 這個例子表明了 等效 風園 的 等效建模方法 兩個慣性與一 個 慣性渦輪響應 . 實際運 動 的系統(tǒng) ， 以 從 17日至 16日為例子 一個系統(tǒng)里后， 17日 就 通過一項簡短的輸電線路 整和成一個系統(tǒng) . 所有風力發(fā)電機是相同的雙慣性系統(tǒng) 模兩例 進行 比較 ， 首宗案件是一個具體的模型，每個風力發(fā)電機在該 風 園 都 是仿制的個體； 這實際上 形 成了 126階模式的 風 園 頭前 7個風力發(fā)電機驅動 下 ，風速 14米 /秒，并通過一條長 1公里 的 配電線路接 到系統(tǒng) 17路 . 第 二 組 七 個 所帶動的風速為 11 米 /秒，并通過 2公里 的配電線路 接連到系統(tǒng) 17日 例子 ， 風 園是仿制單一相當于風力發(fā)電機的使用方法 中的 第五節(jié) ( 6階模型 )顯示 出了 風園 實際運行能力 中可以看出，等效模型非常準確地代表 了詳細的一個 風力發(fā)電系統(tǒng) 是正確的做法 . 結論 研究者 已提交 了 降階動態(tài)風力發(fā)電機模型適合 于 暫態(tài)穩(wěn)定 性的方案 數(shù)得出的結論 用于暫態(tài)穩(wěn)定 的 電氣方程 效 辦法還表明如何在幾個風力發(fā)電機 的情況下整和成 風園， 還 可以組合成單一模式 的風園 . 模擬案例 的 提交證明 這 是正確的做法 于 調制力矩的建模方法 . 文獻 [1] P. 1994. [2] J. G. S. W. H. H. . L. “in ” 001， 15– 19. [3] R. M. G. . M. F. “A ” 11， 735– 741， 1996. [4] E. R. . “t of ” 5， 1， 63– 73， 1997. [5] Z. . “” 5， 1995. [6] V. H. . H. “of in ” J. 22， 421– 434， 2000. [7] R. N. . “A of of ” 17， 4， 168– 182， 1993. [8] J. J. O. . “of ” i n 1， 2000， 49– 54. [9] A. D. P. L. . “” 272001， 1959– 1964. [10] J. G. W. H. H. . L. “in ” 18， 144– 151， 2003. [11] A. . “ A ” 2002 002. [12] A. “” M 2002. [13] D. M. . S. 1987. [14] E. “of on ” 2003. [15] J. “a ” 2003. [16] F. M. D. . “of ” 1096– 1102， 1987. [17] D. P. “of ” 2003 附錄 Ｂ of in is a in of is In is a of a an is in a be a to of a in an to as I. of in of is by a to of is to an of a on or to an of is a to a to a a as or an is to to of s it is a is to to be to ， 2004. in by in In we on an of in a of a in - 0 is of of in in to an of a to be in be is by on a 50of a in a a to of A of a is is to a of a a of is 2]–[10]on as a s 2]–[5]. as to a 6]–[9]. In of is s is to an a of of as by 11]. in on is 7] on a 4$ 2004 to do of in a to is to an A of of is 10]. be as a do 2]–[10] on be in on at a An is 17]. to of 13] to ur a of a In is of is to To an in a is an of a is W in a 15-m/s is to a 60a T (T. to a 12]. 25 of of of is of T to s to a to a .1 s. s is of T to is 1. As 1， is a of is of of of on 11]， [12]. a is typic