风剪、塔影效应对风力发电系统的影响

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双馈风力发电系统的输出特性曲线。可以看出，当风速突变时，在O．03 S内风机模拟器输出转矩由基值19 N·m上升为29．5 N·m。由于双馈石家庄风机厂在完全转速控制策略下运行，所以双馈电机的输出转矩有一个调节的过程，其在发生风速突变时作短暂的电动运行，使系统尽快达到最大输出功率，调节时间约为0．1 S。系统转速在最大功率点跟踪控制策略作用下得咀调节。可以看出，受风剪、塔影效应引起的转矩脉动量的影响，风机模拟器输出转矩有明显的周期性波动，其波动频率与系统转速正相关。
风速突变时，风机模拟器输出功率变化及其双馈石家庄风机厂输出功率的调节过程。风速突增后，风机模拟器输出功率由基值2 35Kw上升至4 6Kw。双馈石家庄风机厂总的输出功率由基值21 5Kw上升至4 3Kw，定子输出功率由基值2 8Kw上升至4 45Kw．而转于输入功率由0 65Kw下降至015Kw。扣除功率损耗，双馈电机的输出功率近似与风机模拟器输出功率相等。当系统稳定运行时，风剪、塔影效应避成了风机及其双馈石家庄风机厂输出功率的周期性波动，且波动频率与系统转速正相关。风剪、塔影效应引起的双馈风力发电系统输出脉动特性。
可以看出，风机模拟器输出转矩及其功率、双馈石家庄风机厂总的输出功率、定转子输出、输入功率均存在波动，波动范围在基值的±4％以内，且其波动频率均相等。由图还可以看出，双馈风力发电系统功率波动频率周期瓦≈O．33 s，其对应频率．凡≈3．03 Hz，此时的系统转速甩≈11 97．52 rad／min，计算得出的风机旋转频率．无≈1．0 Hz(齿轮箱变比为20)，即fp=afw，与风剪塔影效应引起的转矩脉动频率为风机旋转频率三倍的理论分析完全一致，双馈电机输出脉动特性的频谱分析进一步确认了上面分析的正确性。
值得一提的是，机组转速不存在明显波动，这是因为通过对双馈电机转速外环进行控制，可以使风机平稳运行，而不产生机械震动，从而有利于风力发电系统机械系统的维护，延长了机械系统的使用寿命。然而，双馈电机有功电流则存在相同的周期性脉动量，且幅值达到基值的±4％左右，这必将引起并网功率的波动及谐波污染，因此需要在双馈风力发电系统变流器的控制方面加以改善。风速突增，双馈电机由次同步发电状态过渡到超同步发电状态过程。
通过本节内容的研究，我们可以得出以下结论；
1)本节从系统层面研究了由于风剪、塔影效应引起的三次转矩脉动量对双馈风力发电系统的影响，验证了风剪、塔影效应引起的功率脉动频率为风机旋转频率三倍的结论。
2)双馈风力石家庄风机厂组转速外环、电流内环双环控制结构，使系统转速对风剪塔影效应引起的功率波动不灵敏，转速基本恒定．系统基本不存在由于风剪、塔影效引起的机械震荡；而双馈电机有功输出则存在由于风剪塔影效应引起的功率波动，其会引起并网功率波动及其谐波污染，这对风力发电变流器控制提出了更高的要求。
3)3)由于风剪、塔影效应引起的三次功率脉动是水平轴三桨叶风机的固有特性，所以永磁直驱式风力发电系统同样存在三次功率脉动的情况。这些结论一方面对职馈风力发电系统的周期性功率脉动情况作了有益的探讨，为风力发电系统存在的周期性功率脉动提供了合理的理论解释；另一方面通过风力发电系统周期性功率脉动的研究，对风力发电变流器的控制方面提出额更高的要求，为风力发电系统功率、转速脉动的抑制提供了有益的参考。