风电机组桨距环的动力学模型探析

首先，对风电机组进行空气动力学分析，建立实际动力学模型，可由如下方程组表示：

式中 J_r——风轮惯量（kg·m²）；

J_g——发电机惯量（㎏·m²）；

ω_r——风轮角速度（rad/s）；

ω_g——发电机角速度（rad/s）；

K_g——发电机外部阻尼[N·m/（rad·s）]；

K_r——风轮外部阻尼[N·m/（rad·s）]；

B_g——发电机外部刚度[N·m/（rad·s）]；

B_r——风轮外部刚度[N·m/（rad·s）]；

T_a——空气动力转矩（N·m）；

T_hs——高速侧转矩（N·m）；(www.xing528.com)

T_ls——低速侧转矩（N·m）；

T_em——发电机电磁转矩（N·m）；

n_g——齿轮箱传动比。

进一步可得到如下表达式：

其中，J_t=J_r+n²_gJ_g；K_t=K_r+n²_gK_g；

B_t=B_r+n²_gB_g；T_g=n_gT_em。

由于外部刚度非常小，它可以被忽略（发电机和风轮的结合惯量处于主导地位），使用如下式单质块的模型来表示驱动机构：

其中，（v为风速，为叶尖速比，β为桨距角，δ为误差项）。C_P（λ，β）风能利用系数是一个复杂的非线性函数，它的近似表达式为

根据风电机组实际模型设计参考模型表征对动态特性的理想要求。式（8-8）得到的风力发电机组复杂的大惯性特性的实际模型，其中包含有不确定风速和风电机组的未知参数。参考模型在一定程度上是可以根据我们想要的动态特性对应的零极点位置来设计，但是参考模型的理想性能要受到被控对象可以达到的这一物理要求的限制。基于实际模型可以通过简化得到风电机组的线性化参考模型。