固定风力发电机和风力集成园建模系统暂态稳定性的研究毕业课程设计外文文献翻译、中英文翻译、外文翻译

附录 A 固定风力发电机和风力集成园建模系统暂态稳定性的研究 绪论 抽象程度越来越高的风力 发电 涡轮机，在现代电力系统 中 需要 一项 准确的风力发电系统暂态稳定模式 . 因为许多风力发电机往往集合在一起， 其中 等价建模几个风力发电机尤为关键 . 本文 介绍的 降阶动态固定风力发电机模型适合暂态稳定模拟 . 该模型是使用一个模型还原技术 所构建 的高阶有限元模型 . 然后， 用等价方式 表明如何 将 几个风力发电机的风力合并成一个 单降阶模型 . 用 模拟个案来说明一些独特性能的动力系统，含风力发电机 . 所以说， 本文着重于 介绍 水平轴风力涡轮机用异步电机直接连到电网作为 系统的 发电机 . 用参 数计算暂态稳定模拟 系统 ， 计算 风力发电机组 的 建模， 计算 风力涡轮机造型 . 正文 一 大家对 风能 的 发展 展现出了浓厚 的兴趣 . 伴随着 使用风力发电机的热潮，现在 需要对电 力动态 系统 ， 电力传输规划 的设计评估 . 本文 的第一个目的是 提出一个准确的低阶动态模型的风力发电机组 ，它 是 符合现代机电暂态模拟 计算机 程式 的 . 本文中， 开发的模式着重于水平轴 的风力发电机 ， 或风力机直接连到同步网 时 采用异步发电机 . 这 其中还 包含许多现代大型 发电 系统 . 由于大型风力装置 的构建 是由许多个风力发电机 组成的 ， 风力发电场的 建模是一个迫切 的 需 求 . 因此， 本文的 第二个目 的 是提供一种方法 ，它 结合数个风力发电机连接到 一个 电网 上，然后 通过一个共同 模式整合 成一个单一的等效模型 . 风力发电机主要分为定速或变速 . 以最 小 单位，涡轮驱动的感应发电机 为例 ， 它是直接连接到电网 上的 . 涡轮转速变化很小， 那是 由于陡坡的发电机转矩 和 转速的 特性 所制 ； 因此， 它被称为 定 速系统 . 还 有变速装置，发电机连接到电网利用电力电子变换 的 技术使涡轮速度受到控制，以最大限度地表现 出来 (例如，电力 的控制 ) . 这两种方法 在风力工业均非常普遍 . 在 本文 中， 我们将目光集中在建模 定速 装置和等效模 拟 几个固定转速风 力发电集成园 . 第一 种 典型的风力 机械频率 是在 0至 10 赫兹范围； 这也是各种机电振荡 的频率 . 因此， 这涉及到 机械振动的风力互动 学 与机电动力学 . 这方面的例子 参见本文 . 因此，为了 构建 一个精确的模型 ， 风力发电机可用于暂态稳定 的 研究 . 第一种 涡轮机械动力学必须 能 准确 的 代表 模型 . 这里的 风力发电机模型 建 出了导电模型 ， 减少了一个详细的 650 阶有限元模型的一个典型 的 横向轴 . 气动 力 和机械动力的减少 与 非线性四阶双涡轮惯性模型相结合 生成了 一个标准发电机模型 . 模拟计算表明了模型的精确性 通过一个单一的 模型 建模，因为每个涡轮暂态稳定 系统都 过于繁琐， 我们的目 的 是整 和风 力发电 园成为相当于风力发电机模型 的极小系统 . 我们对等价建模 的 风园涉及 到 把所有涡轮以同样的机械固有频率 整和 成单一当量的涡轮机 . 模拟结果表明，这种方法能够提供准确的结果 . 二 . 范例 关于 风力发电机 建模的代表范例是关于 暂态稳定 系统的，它包括在 2 - 10 . 模拟结果 表明， 固定频 率的 风力发电机组主要集中在以下两个主要方法 . 第一种方式 是 把 汽轮机和发电机转子作为一个单一的惯性 体 从而忽 略 系统的机械固有频率 2 - 5 . 第二种方式是 把 涡轮叶片和枢纽之一 的 惯性 体 接上发电机 加上 一个 弹簧 6 9 . 在所有这些论文 中 ，弹簧刚度的计算是从系统的主要部分中提取的 . 我们的研究显示，较第一型机械频率 来说第二型才 是至关重要的一个精确的模型 . 有限元分析表明，第一 类 动力 的变化 主要是因为灵活的涡轮叶片不 够精确 . 根据 建模方法 的算法 ， 我们得知的主要 事实是，小 而 灵活的机械部件是涡轮 上的 刀片 . 结果 7集中 表明了 几个风力发电机系统 和 降阶风园模型 的类型和与类型相 结合的方法 . 但是， 作者不 能 解决水轮机 和风力发电机相结合时 采用这种方法保存的机械 要求 . 我们的研究结果表明 :这关键在于有一个准确的风示范园 . 10详细讨论了降阶变速涡轮机载 的建模 . 作者称涡轮 的 机械能 所 代表 的类型是 一个单一的 个体 ， 从动态的机电动力学 分析，那是 因为 机械的 惯性 使它的 变速 性能产生堵 塞 . 我们分析时 不考虑变速情况 .2 - 10的工作阐述 着重于低阶水轮机模型， 从而 可以容易地实现大型暂态稳定代码 的测量 额 一个更 深入 的层次 . 17是 一个很好的概况 和文献 . 从高度详细的有限元模型 角度， 详细 的阐述了 建模方法， 还 较简单的 叙述了六 转 五 转 ，三 转 水轮机模型 的大部分都 采用动量理论 来 计算气动力 . 三 ，把所有机械和气动涡 轮机 动态效果以高度详细 的用 机电射程 的形式表示出来 . 在这个还原过程中，是 以消费者的角度 来分析 涡轮轴驱动发电机 的 . 目的是为了准确反映轴转速和扭矩特性与最小模型 的 秩序和复杂性 . 数值调查表明， 机械 气动和机械效应 的 一个例子 所展现的 测试系统实现了有限元建模环境 . 该系统是一种新兴的横向风轴机床，包括三个 叶片 ，叶片的 一套点俯仰角度 为 一个 轴 ， 它们的 额定功率 为 瓦，在 15 米 /秒的风 速条件下 . 汽轮机是透过一个简单的异步发电机模型直接连接到 60 赫兹 的机械 . 它还 利用限元软件 (来自机械动力学 公司 ) ，加上毫微克 (即由国家可再生能源实验室 )软件 进行模拟 . 这两个 软件 一起被称为亚当斯 . 所有参数测试系统的 模型 研制 出 一个现实的大型机器 . 整个系统包含 325个自由度，包括非常详细地模拟动力和外部 作用 力 . 由 于机械设计中的大多数水平轴风力涡轮机极为相似， 结果 使 该方法的适用面广 . 研究者 在 用 亚当斯 /分数制进行了研究 以后 ， 还 广泛接触了以一个制动脉冲 对 该系统的瞬态响应 的研究方法 达 米的 三相短路 ， 发电机轴 对电路的混乱 反应进行了分析 . 1 . 从 图 1 ， 系统 的反应是一个阻尼振荡 的过程 . 详细的 拟 态分析表明，系统的振荡是由于外层部分 的 叶片振动对两者的内在部位的叶片 的作用 1)亚当斯仿真结果 . 现代风力涡轮叶片非常大，有弹性， 而且往往颤动 . 1表明，它主要包含 4 量 它 通常有第一型机械自然频率在 0 至 10 赫兹范围内 . 因为这个范围也是典型的机电振荡 频率范围 ， 这 还 是风力涡轮机 的关键频率范围 倾向 于研究 机电振荡 的频率 . 模态的第一振荡模式 会产生一系列的 主导反应 . 从图 1起见，该模型 的描图 可以代表两 标准 单弹簧阻尼系统 ， 这是基础的降阶模型 和 一 个 的外部分的叶片 2 ) . 叶片尖端硬性连 接 描图 . 2 )刀环 叶片 的细片 (忽略质量 )作为一个单一的惯性 体 ，其 所有的瞬态干扰行为通过发电机轴 的 所有刀片 的 代 表 如 集聚效应的叶根，轮毂，涡轴，齿轮，轴发电机，发电机的惯性 都很大 部惯性主导地位 取决于 叶根和发电机的惯性 量 究者都 推 断 整个涡轮机和发电机成为一个单一的惰性 体从而 忽 略 第一机械 型 动态 系统的作用 一动态模式，但不 认同 模式叶片弹性 模式 些作者都假设叶片是一个惯性 体而把 模型涡轮轴作为一个 弹簧体 . 但是，在一个典型的系统 中 ， 轴上的刀片 相比其他元件来说 灵活得多 . 我们的研究表明，第一机械模式 的叶片可以 与竖 轴 作为一个刚体 . 我们的研究还表明，正确建模 是研究 力学 的 关键，以获取准确的瞬态仿真结果 . 四 降阶双涡轮惯性模型 和 驱使风力 的力 矩 文中， 我们假设发电机是一个标准的异步电机直接连接 起来 的网 络 ，这 也 是最常见的配置 方法 . ( 1 )叶片数目 :有效传动比 =实际涡轮转速 /额定涡轮转速； 电气频率基 数 ； 每个叶尖 惰性体 :每个叶片根部 惰性 +惯性 +惯性涡轮轴传动 力 /惯性 力 +发电机轴转子 的惯性力 ； 叶片刚度 ， 叶片阻尼 ， 气动风力矩 叶尖角度通过齿轮传动反映 出 发电机轴 向 角 个角 需要有叶片断裂的 惯性力和 弹簧减振器 的 相关参数 (见 图 2)置在 不破裂的正确位置，然后 得到的 机械模态形状 就会 正确 了 . 研究 的突破点主要 在 一个刀片力学 性能上 ，可以从有限元分析或试验的叶片 得到相应的数据 ， 这个关键的数据 似乎发生在第二个节点弯曲的叶片 上 究 实例个案 上 ，降阶系统的灵敏度放置不当的突破点是很大的 . 所幸的是， 最 先进 的叶片或制成品设施 (如在国家可再生能源实验室 的设施 )有所需的资料 用 以确定叶片 的 断裂点 一信息 请求 便 可轻易计算出典型制造的数据 以计算出知识系统的第一型机械固有频率 的 使用 刚度 . （ 2） 哪里第一模 型 机械 研究技术 领先， 其机械的 固有频率与系统连接到 一起的几率就大 . 例如，在上一节系统 的系统情况就是这样 成品可以提供这样的频率 范围 用制动脉冲对水轮机 进行计算 和分析 假定为零 ， 衡量叶片的刚度是 用弹簧刚度来计算的 片的边缘 刚度 ( 3 )中 ， 计算刚度是依靠俯仰 的 角度 的 . 这也仅限于从 零度至 10度 的 典型 情况 . （ 3） 根据这一限制表明 ， 差异很小 的 不同位 置需要 设置 不同的 点 据 实验 的 支持，这是水轮机模型很小敏感性变异系统的 准确的 俯仰角 . 假设一个理想的转盘 来进行 风力矩 的 计算 . （ 4） 在叶尖部分反映 出的实际速度 ， 加上 空气密度 的影响 ， 通过 清扫面积的叶片 的磨合 ， 计算出了 机组的功率系数 . 不幸的是，这不是一个常数 . 然而，大多数涡轮制成品 的特性反映出 同一条曲线 . 曲线表示，作为功能机组的叶尖速比 . 叶尖速比 的 定义是自由风速度比涡轮叶片的冰山速度 . ( 5 )叶片扫描半径单元叶尖速比 . 3显示了一个典型的风力涡轮机 曲线 . 我们的研究已表明，可以假设固定 情况下 极高的风力条件 下进行 暂态稳定研究 . 这是因为典型的变异叶尖速比下一个 10 秒的瞬态 叶尖比 小 的改变模拟时间 ， 实际上 ， 涡轮轴 的 扭矩实际上是一个调制版 . 调制是众所周知的，而且主要是 考虑 由于大楼遮蔽和力学失衡 的作用 ，在专业人员和模式 上才能出现 典型的调制频率 (注 : 1 人，是一 种模式 ，每一个涡轮叶片 )虑在内 ，我们假定扭矩引起的暂时性故障比调制扭矩 的 多 . 许多其他研究者已进行了 这个假设 在一般情况下，双涡轮惯性模型 在 这里是一个相对稳健的模式，涵盖 了 许多汽轮机运行条件 . 所有模型参数相 对恒定 ，缺 少敏感性的俯仰角度 . 因为主要组成部分能量 是 短暂的， 那是 由于汽轮机的惯性能量 的影响 ， 而且 失速型风力涡轮机可准确模拟这种方式 . 乙发电机模型中的标准做法是行之有效的建模发生器 1 详细 的 两轴感应机模型是用来代表异步发电机 1的 6A )可知， 凡是暂态开路 的 时间常数，滑移速度， 都 是同步 的 电抗， 还是 暂态电抗 在 ， 并在 轴 的 每单位定子电流 中 . 转矩的计算是从 ( 6B )及定子电流的计算 中得到的， 是 通过 ( 6C )款的发电机模型参数 ( 6 )计算出 (第 562 ) ( 106 ) ( 7C )的相关参数 . 风园造型 中的 风园分为几个风力发电机连接到传输系统 中整和为 一个单一的系统 模，因为每个涡轮暂态稳定，可过于繁琐 风园成为一套最起码的等效模型 把所有涡轮以同样的机械固有频率成一个单一相当于涡轮机 的系统 . 每个这些 等效的 涡轮然后连接到异步发电机 上 们的做法是 : 因为轮机都离不开一个共同的 系统 ，每个涡轮也受到了同样的干扰力矩 . 因此，涡轮机的性能相似 于 震荡阶段 平行的机械组合 15例如，考虑要予以合并 的 涡轮相同的自然频率机械 .， 那么等于涡轮建模方程 ( 1 ) ( 7 )式中， 弹簧 和阻尼条件汽轮机分别 是惯性体 风力矩是 利用 ( 4 ) ，并迫使水轮机具有相同输出功率为涡轮 的 总和，是机组的功率系数为涡轮机 . 乙相当于发电机模型 用 异步发电机参数 的 纳加权平均法 16来进行计算 当于机床参数和计算，以加权平均纳每一科的异步电机等效 ： 六 建模方法 的性质 ； 这些规定 见 于 12 ， 14 ， 15 . 例如甲 1 这个例子中， 我们比较两个惯性降阶汽轮机 的 响应 限元模型 5 惯性模式 的 每种模式， 然后 连接 到 通过一个感应发电机 1. 5 惯性模式再现 了 每个叶片边缘和瓣弹簧减震器； 在代表 低速轴弹簧刚度 特性中 和气动模型采用涡 轮力 理论 13. 5惯性模式也包含了离心 力 ，重力 和 科里奥利效应 11， 12 . 如 第三节叙述 的 水轮机性能 瓦的风力发电系 统 连接到 60 赫兹 . 附录 中提供了 水轮机和异步发电机模型参 数的降阶模型 纺真 ，其中包括非常详细的气动和机械模型 ： 两个惯性降阶模型 整和成 一个 6 阶模型，而有限元模型大约有 650 阶 ，而五年惯性模式是 18 秩序 个惯性降阶模型密切配合的高度详细的有限元及五惯性模式 我们展示灵敏度的 双气轮机 模式 而 选择的叶片断裂点 相同的模型 中 50%的突破点位叶片弹簧为中心的叶片半径 上 3%断点和 56%的 突破点 . 百分比显示的位置，从沿叶片半径枢纽叶片弹簧 放置的位置中， 反应 的分歧 也相当大，值得仔 细挑选的 是 叶片断裂点 . 例如 在丙 3这个例子中，我们比较瞬态双涡轮惯性模型更 能 简化 成 一个 结果 . 4 应用 举例 惯性模式与两个惯性降阶模型响应举例 6 研究者往往用惯性模型 (例如， 2 - 5 )来研究标准 的水轮机模型 7 . 例如测试系统 图 风园 所在地 的图 9 千伏的平行线由风力发电机相连 到 230千伏输电 的 系统 . 该风力发电机是 使用 相同的例子 如 1 ， 在 风速 12米 /秒 的情况下进行的测试 每个同步发电机配备了调速器和励磁系统 随着励磁和调速用于同步发电机 的 模型 试 . 电力系统的 工具箱作了修改以允许模拟风力发电机 的情况 组 显示出的两个 混乱的 组成造型 . 在 系统 15日之后开放路线 的循环故障 . 研究者 分析的双涡轮惯性反应表明两种模式的振荡 :一块 赫兹模式，是机械方式的汽轮机和 汽轮机 . 类似的分析中的一个惯性反应表明只有一个模式，在240赫兹 范围内 由于失误， 单一惯性系统图在第一摇摆 区间出现了 振荡反应 不同的 瞬态 系统 和小信号稳定性能的系统 . 一个惯性反应表明，一个稳定的系统，以较低的首摆动偏差和高振荡阻尼 这样的形式运动会更稳定 他的例子 14证明的情况下，单一的惯性反应， 发生在 稳定和更精确的双惯性反应 之间时 是不稳定的 这个例子表明了 等效 风园 的 等效建模方法 两个惯性与一 个 惯性涡轮响应 . 实际运 动 的系统 ， 以 从 17日至 16日为例子 一个系统里后， 17日 就 通过一项简短的输电线路 整和成一个系统 . 所有风力发电机是相同的双惯性系统 模两例 进行 比较 ， 首宗案件是一个具体的模型，每个风力发电机在该 风 园 都 是仿制的个体； 这实际上 形 成了 126阶模式的 风 园 头前 7个风力发电机驱动 下 ，风速 14米 /秒，并通过一条长 1公里 的 配电线路接 到系统 17路 . 第 二 组 七 个 所带动的风速为 11 米 /秒，并通过 2公里 的配电线路 接连到系统 17日 例子 ， 风 园是仿制单一相当于风力发电机的使用方法 中的 第五节 ( 6阶模型 )显示 出了 风园 实际运行能力 中可以看出，等效模型非常准确地代表 了详细的一个 风力发电系统 是正确的做法 . 结论 研究者 已提交 了 降阶动态风力发电机模型适合 于 暂态稳定 性的方案 数得出的结论 用于暂态稳定 的 电气方程 效 办法还表明如何在几个风力发电机 的情况下整和成 风园， 还 可以组合成单一模式 的风园 . 模拟案例 的 提交证明 这 是正确的做法 于 调制力矩的建模方法 . 文献 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 附录 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 210on as a s 25. as to a 69. 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 210 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