浓缩风能型风力发电提水系统及其仿真研究

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1、第32卷第10期太阳能学报Vo1．32，No．102011年1O月ACTAENERGIAES0IJARISSINICA0ct．．2011文章编号：0254-0096(2011)10—1556-04浓缩风能型风力发电提水系统及其仿真研究宋海辉，田德(1．华北电力大学，北京102206；2．上海第二工业大学，上海2012o9)摘要：将浓缩风能型风力发电机组应用于提水系统，设计控制系统，满足功率控制和最大风能捕获的要求，应用Matlab／Simulink建立该系统仿真模型，对风速阶跃变化情况进行仿真，证明了该系统的合理性及控制策略的可行性和正确性。关键词：浓缩风能型；风力发电；风力提水；控制系统

2、中图分类号：TK83文献标识码：A能得不到充分利用，提水效率较低_3j。0引言本文将浓缩风能型风力发电机应用于提水系浓缩风能型风力发电机是一种高效的新型风力统，使发电系统和提水系统可在不同地点运行，克服发电机，通过将自然风经收缩管及浓缩风能装置前了纯机械式提水装置必须组合在一起才能工作的缺后压差的作用而增速，提高风能的能流密度，拓宽风点。风力机组可离开水源地架设在风力条件好的地能利用的下限风速；使风速、风向频繁变化的自然风方，提水装置可安置在较适宜的水源地点；启动风速经中央圆筒进一步整流和均匀化后驱动风力发电机低，效率高，有效利用风能。发电，提高风能品质，改善风能的不稳定性，减少交浓缩风能

3、型风力发电提水系统组成结构如图1变载荷对叶轮的冲击及叶轮旋转时的振动、噪音，提所示。由若干台风力发电机组组成小型供电系统向高风力发电机效率、可靠性及机组寿命，降低风力发水泵机组供电，系统包括直流侧和交流侧两大部分。电成本。据测试：浓缩风能装置可使浓缩风能装置直流母线侧包括浓缩风能型风力发电机组、整流器、内叶轮安装平面的风速提高为自然风速的1．367蓄电池；交流母线侧包括水泵机组和耗能负载；直流倍，理论上风能能流密度可提高为自然风场的2．55倍；在自然风速为3．80m／s时即可建压充电，自然风逆变器N速为8．20m／s时达到额定输出，是相同叶轮总成最I一I=l7kj加钼整流器佳普通型风力发电

4、机功率输出的1．33倍，该机的风J——■一．一●豳～＼_韶虿村I妇能利用系数可达0．598，整机效率为0．4540l】,El。良缩风能型蓄电池组力发电机组1浓缩风能型风力发电提水系统一一1．一、’目前风力提水装置主要是纯机械式的，风力机铷嘤I卜III变换兰单元I利菥器If整流器直—巫输出机械能传递给旋转式水泵(低扬程大流量)或I，k、-流母往复式水泵(高扬程小流量)，这种装置为获得较大线的扭矩，存在诸多缺点，如设计转速较低，叶片数量较多，传动机构复杂，运行故障率较高；风力机与水图1浓缩风能型风力发电提水系统泵匹配困难，往往受提水地点的风力条件、灌溉时Fig．1Theconcentrated

5、windenergyturbinewaterpumpingsyetem间、水位、电网架设的限制，不能有效、及时灌溉，风收稿日期：2009—11-04基金项目：上海市教育委员会重点学科建设项目(J51801)通讯作者：宋海辉(1969一)，男，博士研究生，主要从事风力发电技术等方面的研究。gzshh@163．tom10期宋海辉等：浓缩风能型风力发电提水系统及其仿真研究母线和交流母线之间通过主逆变换器相联，从而实部分水泵机组提水。现直流母线侧能量向交流母线侧流动。系统控制器2．2控制器主要模块由PLC、频率信号变换单元、数据采集模块、通讯模2．2．1数据检测采集模块块、控制软件等组成J。本模块

6、自动巡回检测采集系统各检测点的数浓缩风能型风力发电提水系统的控制器包括下据，如机组实时频率信号、蓄电池电压实时数据、负列模块：载实时数据及载荷分布等。1)电压调控模块：在控制线路的交流侧实施电2．2．2数据分析模块压调控，保持电压在一定范围内；本模块对采集的各路数据进行分析、比较，从而2)不间断电源模块：配备分流载荷的功率应为实时识别系统运行状态，制定系统控制决策，确定系发电机额定功率的2～3倍；统运行规则。3)蓄电池管理与控制模块：控制线路直流侧必2．2．3控制模块须具备智能调压、调流功能，根据需要实施“最大功本模块根据数据检测和分析结果，向系统发出率跟踪”或对蓄电池均充、浮充；控制命令

7、，从而达到故障报警、控制系统运行状态的4)负荷控制模块：根据频率信号变换单元测得目的。风力发电机组转速变化，相应控制水泵机组和耗能2．2．4采集数据的后处理模块负载的投入与退出；本模块将采集的大量数据按照一定规律进一步5)本地监控模块：具备齐全的运行状态显示和处理(即数据的后处理)，确定系统最优控制及管理数据传输、远程监视。策略并将处理结果以图表和文字的方式供用户查询，或以报表的形式打印出来。2系统控制策略3系统仿真建模