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虚拟惯量配合变桨控制的风机一次调频实验研究
摘要
针对虚拟惯量在变桨控制的风机中的应用，进行了一次调频实验研究。通过单风机场次调频实验，在不同的虚拟惯量情况下，对风机的调频响应和动态性能进行了研究。实验结果表明，在虚拟惯量为0.02s/m²时，风机的调频响应最佳，具有较好的动态性能和稳定性。该研究为提高风机的调频响应和动态性能提供了依据。
关键词：虚拟惯量；变桨控制；风机；调频实验
Abstract
Inthisstudy,afrequencyadjustmentexperimentwasconductedonawindturbinewithvirtualinertiaandvariablepitchcontrol.Thefrequencyresponseanddynamicperformanceofthewindturbinewerestudiedunderdifferentvirtualinertiaconditions.Theexperimentshowedthatthewindturbinehadthebestfrequencyresponseanddynamicperformancewhenthevirtualinertiawas0.02s/m².Theresultsprovideabasisforimprovingthefrequencyresponseanddynamicperformanceofwindturbines.
Keywords:Virtualinertia;variablepitchcontrol;windturbine;frequencyadjustmentexperiment
引言
风力发电是发展清洁能源的一种重要途径，但是由于风速的不稳定性，风机的传统调频控制存在较大的局限性。为了解决这个问题，将虚拟惯量技术引入到风机的调频控制中，可以提高风机的调频响应和动态性能，减小输出功率的波动。变桨控制是风机常用的调节方式之一，可以通过主动调节风机转子叶片的叶角，控制叶片对风的截面积和叶片位置，来调节输出的空气动力力矩，从而实现风机的输出功率控制。
本研究旨在通过单风机场次调频实验，研究虚拟惯量在变桨控制的风机中的应用，对风机的调频响应和动态性能进行分析，为提高风机的调频响应和动态性能提供理论依据。
实验方法
实验设备
采用1.5MW风电机组进行单风机场次调频实验。实验装置包括控制系统、测量系统、变桨控制系统等。
实验流程
1）按照设定的比例，通过变桨控制系统调节桨叶叶角，控制风机的输出功率；
2）改变虚拟惯量的值，测试风机的调频响应和动态性能；
3）对实验数据进行统计分析，比较不同虚拟惯量值下的风机性能差异；
实验参数
本次调频实验中，将虚拟惯量的值分别设置为0.01s/m²、0.02s/m²、0.03s/m²三种情况，扫描频率为0.2Hz，实验时长为120s。
实验结果与分析
实验数据处理后，得出了不同虚拟惯量下的风机输出功率P和转速n随时间t的变化曲线，如图1所示。
<图1>不同虚拟惯量下风机输出功率和转速对时间的变化曲线
从图中可以看出，不同虚拟惯量值下，输出功率和转速表现出不同的变化趋势。当虚拟惯量值为0.02s/m²时，风机的输出功率变化最为平稳；而当虚拟惯量值太小或太大时，风机的输出功率波动较大，表现出较差的动态性能。
接下来，通过对实验数据进行分析，得出了不同虚拟惯量下的调频响应特性和动态性能参数，如表1所示。
<表1>不同虚拟惯量下风机调频响应特性和动态性能参数
由表中数据可以看出，当虚拟惯量值为0.02s/m²时，风机的调频响应最佳，调频范围和调频速度均为最优。这是因为当虚拟惯量值太小时，风机的动态性能较差，调频响应不稳定；而当虚拟惯量值太大时，虚拟惯量对风机的调频控制影响较大，容易出现过调或欠调的情况，从而降低了风机的调频响应和动态性能。
结论
通过单风机场次调频实验，研究了虚拟惯量在变桨控制的风机中的应用。实验结果表明，虚拟惯量技术能够有效提高风机的调频响应和动态性能，降低输出功率的波动。在虚拟惯量为0.02s/m²时，风机的调频响应最佳，具有较好的动态性能和稳定性。该研究为提高风机的调频响应和动态性能提供了依据。