GH-bladed湍流风速频率对于风电机组MPPT控制的影响分析(2)
6.1 功率谱密度的比较方法 27
6.2基于 的湍流风速频率比较 33
6.3 功率谱分析和 分析湍流频率小结 34
7 湍流风速频率对于MPPT控制的仿真结果 35
结 论 37
致 谢 38
参考文献 39
1 引言
1.1 风能的发展趋势
风能在世界上越来越受到重视。风能技术于市场的快速发展也引起了广泛的关注。至今为止，风能利用已有3000多年的历史，其技术已经变得越来越复杂。涉及的学科也越来越多，如空气动力学、结构力学、机械学以及电气工程学等[8]。风能也是目前新能源中技术最成熟、最具有商业开发的能源[1]。随着目前能源紧张和环境污染的加剧，我国政府也把开发无污染的可再生能源作为国家能源可持续发展战略的主要组成部分。同时随着煤炭、石油等能源的减少，人类越来越重视可再生能源的开发。利用风电技术不仅能减少常规能源的损失，减小温室气体的排放，也是新型能源中利用简单、最具发展前景的能源。
近年来，中国的并网风电得到迅速发展。截至2010年底，我国新增风电装机1600万千瓦，累计装机容量达到4182.7万千瓦，均居世界第一[1]。随着风机装机容量的增加，巨型风机的风轮的直径达到80~100m，重量达到1200~1300吨，这给风机的安装、运输带来不小的麻烦，对于环境因素的要求也更高了。因此，目前的各大风力机制造商都在风机的轻型化、设计布局等上面做了不少的工作。风电的发展方向也更向大型化、海上风电、结构设计更加轻盈、紧凑方向发展[8]。
1.2 MPPT控制的现状和问题
1.3 本论文的主要工作
对目前风机MPPT控制的研究现状以及主要问题，本文基于GH-bladed专业风机仿真软件，首先对构造的湍流风速，分析了其平均风速、湍流强度以及湍流尺度对于MPPT控制的影响。得出这三个风速指标对于MPPT的跟踪影响。基于文献[16]的比较方法。即利用功率谱密度曲线在定义频段蕴含的平均功率，和采用风速变化的分量在定步长下的平均变化速率。对构造的湍流风速，验证了比较方法的可行性。随后为了将周期风速频率对于风机MPPT控制的影响结论推广到湍流风速上，通过功率谱密度将湍流风速中的湍流尺度用量化的频率来替代，从而得出了湍流风速频率对采用功率曲线法风机的MPPT控制的影响规律，为MPPT控制的优化奠定基础。
2 仿真软件
2.1 GH-bladed简介
GH-bladed软件是由英国Garrad Hassan有限公司开发的一款整合计算的风机仿真工具[3]。GH-bladed为用户提供了海陆、离岸风机性能和负载的设计计算方案。软件基于Windows的绘图用户界面和在线帮助功能，操作方便，同时风机设计的计算采用工业标准。GH-bladed具有多个功能模块，包括外壳稳定性分析、动态负载模拟、负载与电能获取分析、批处理和报告自动生成、电网交互以及控制设计优化等[3]。
Blade工具栏
Blade模型窗口
通过GH-bladed界面工具栏图2-1，便可对风机的各个部分的设计参数进行设定。通过GH-bladed界面计算窗口，可以进行各种所需要的风机仿真，如稳态计算，载荷分析，时域仿真等。
2.2 GH-bladed与Matlab的仿真关联
本论文中除了用Bladed仿真外，还使用了Matlab进行配合使用。GH-bladed和Matlab在本论文中的仿真关联是：GH-bladed软件主要进行风机的仿真计算，Matlab作为强大的分析软件，负责对仿真结果的数值分析和图表绘制。
除此之外，由于仿真时是比较各种湍流风速的影响，对比数据可达五吹冰千的风文件。在如此庞大的数据仿真下，仅仅依靠bladed软件是远远不够的。我们对bladed软件进行了二次开发，提取出来了软件的计算应用程序和相应的配置文件，利用matlab循环修改配置文件、调用应用程序计算其结果。最后由matlab模块对数据进行处理并得出仿真结论。具体如图2-3描述：