2MW直驱式风电机组建模答辩案例.pptxVIP

2MW直驱式风电机组建模仿真与出力特性分析 导师姓名：田德 姓名：邱雨微 学号：1111540116 班级：风能1101班 时间：2015年6月17日 研究任务 围绕2MW直驱式风电机组的基本结构和设计基本原理，运用GH-Bladed软件对2MW直驱式风电机组进行建模，对所建模型分别在风切变、塔影效应、不同风况下仿真得出其出力特性，针对仿真结果进行分析并且提出可行的优化设计方案，得出结论。 设计流程 课题背景 国内外发展现状 主要研究内容 2MW直驱机组基本构造与设计原理以及发展现状 2MW直驱机组数学模型 风速模型 风力机模型 传动链模型 永磁直驱发电机模型 全功率变流器模型 Bladed软件对机组模型的仿真 软件操作的简要介绍 稳态运行状态下的出力特性分析 风切变和塔影效应对叶片的影响 湍流风况下的出力特性分析 极端风况下的出力特性分析 结论分析与优化设计方案提出 目录 2MW直驱式风电机组现已成为国内外风力发电行业的主流机型，通过对2MW直驱式风电机组进行建模仿真以及出力特性分析，为2MW直驱式风电机组的优化设计提供必要的理论基础。 选题背景 国内外发展现状 风电市场中直驱式风电机组的单机容量持续增大 金风科技与德国Vensys公司研制的1.5MW直驱机组安装上千台在风电场 金风科技有限公司研制的 2.5MW直驱式风电机组已经批量投放国内外市场 2013年新增大型风电机组中，永磁直驱式风电机组约占31% 湘电公司的2MW直驱风电机组也已大批量进入市场 国内外发展现状 直驱式机组新型设计与控制技术策略 全功率变流器d-q轴解耦控制高效调节有功与无功功率提高机组低电压穿越能力 转矩与桨距角的协调独立变桨控制实时追踪最大风能利用率 低转速变速恒频发电技术高效利用风能 永磁直驱风力发电系统基本结构 风力机与发电机转子直接藕合，输出电压频率随风速的改变而改变。 风力机吸收风能将其转换成幅值、频率改变的交流电能。 定子侧变流器整流交流电能为幅值、频率不变的直流电。 网侧逆变器变换直流电为满足机组并网条件的交流电馈入电网。 全功率变流器解耦控制系统有功功率和无功功率输出，达到捕获最大风能的目的。 GH-Bladed 风切变和塔影效应对叶片的影响 风切变是指稳定状态下在垂直方向上平均风速随高度变化的现象。 Bladed 软件中对风切变的定义有两种方式，即指数模型和对数模型，其目的是能够对风切变进行建模，用来计算不同高度处的风速，以及对机组的影响。 指数模型采用风切变指数 对风切变定义： 风切变和塔影效应对叶片的影响 塔影效应是由于塔架的存在而导致的稳态平均风场畸变的现象。 Bladed中描述塔影效应可以用三种不同的模型，即潜流模型、经验塔尾迹模型和组合模型。第一种模型适用于运行在上风向的风力机，而后两种模型则适用于下风向运行的风力机。故本文采用潜流模型如图所示。 风切变和塔影效应对叶片的影响 软件仿真分别输出在有风切变和塔影效应及无风切变塔影效应两种情况下叶片力矩图谱和发电机输出功率图谱。为了排除其他条件对叶片的影响，选用不随时间变化的定速风模型，风速设定为 12m/s。 在 软件的主界面下，打开 Wind 模块，选择 Tower shadow 标签，为了效果明显，取修正因子取 2；选择wind shear标签，取风切变指数为0.2. 风切变和塔影效应对叶片的影响 方向的摆振载荷随时间周期性变化，且曲线光滑，说明叶片所受载荷均匀变化。在有风切变和塔影效应时，叶片所受载荷也呈现一种周期性变化，但是每个周期有很大波动，所受载荷也比无风切变和塔影效应时大，其中摆振载荷更加明显，且摆振载荷瞬时变化剧烈而出现毛刺。 风切变和塔影效应对叶片的影响 定速风12m/s下的发电机输出功率，在2MW数值处趋于平稳，曲线光滑，说明机组输出功率稳定不受影响。在有风切变和塔影效应时，发电机功率输出有明显的波动，且频率较高，平均输出功率值也比定速风情况下要小。 风切变和塔影效应对叶片的影响 由以上分析可见，风切变与塔影效应对机组影响显著。随着机组大型化发展，塔架高度和风轮的直径越来越大，风切变与塔影效应对机组造成的影响也越来越明显。在整个风轮面上因为有风切变与塔影效应的作用，导致风速变化。作用在风轮叶片上的气动载荷表现为周期性的变化，对机组出力特性、振动、疲劳、稳定性等影响需要十分重视。 结论：以定子电流前馈的方式结合独立桨叶控制方案优化变桨控制 定子电流与发电机有功功率输出有相同的变化趋势，电网发生故障时，机组桨距角调节系统的动态响应时间通常在几百毫秒级别，对于毫秒级发生的电网短路故障而言，釆用变桨调节限制发电机输出的有功功率是不现实的。 因此，采用以定子电流前馈PI控制的方式结合独立桨叶控制方案优化变桨控制不仅可以弥补变桨控制在相应时间上的不足优化控制机组的