基于状态反馈的PMSG的变桨控制系统设计

基于状态反馈的PMSG的变桨控制系统设计摘要：随着时代的进步，能源也越发紧张，而风能作为清洁能源，备受世界关注，风力发电技术也随之进步，全球风能产业有着相当乐观的前景。在风力发电系统中，永磁直驱风力发电机（PMSG）是通过磁极对数的增加来降低发电机的额定转速，所以省去增速齿轮箱。又因为齿轮箱在风力发电机组中最容易发生故障，所以PMSG的可靠性较高，发展前景广阔。课题主要研究PMSG的变桨控制策略和基于状态反馈的控制方法，需要通过对风力机转速来调节桨距角从而使输出功率稳定在额定值，同时需要对发电机采取转矩控制以保持机械转矩尽量维持在额定转矩附近。课题先对PMSG的系统结构进行分析，然后建立数学模型，对系统采用状态反馈线性控制。状态反馈线性化控制不仅能够维持系统的平稳性，同时提高系统的动态性能，使系统控制更加精确。变桨控制系统可通过风力机的转速控制来调节桨距角，从而使输出功率维持在稳定值。发电机通过电流控制实现转矩控制。最后，利用Matlab/Simulink仿真软件对永磁直驱风力发电控制系统建立仿真模型。分别采用恒定风速、坡道风速、阶跃风速和随机风速这四种条件，并对仿真结果进行分析总结，验证系统的准确性和可行性。关键词：状态反馈；永磁同步风力发电系统；变桨控制；恒功率控制DesignofPMSGPitchControlSystemBasedonStateFeedbackAbstract:Withtheprogressofthetimes,energyisbecomingmoreandmoretense,andwindenergy,asacleanenergy,hasattractedworldwideattention,andwindpowergenerationtechnologyhasalsoimproved.Theglobalwindenergyindustryhasafairlyoptimisticprospect.Apermanent-magnetdirect-drivewindturbine(PMSG)reducestheratedspeedofthegeneratorbyreducingthenumberofpolesinthewindpowersystem,thuseliminatingthegrowthgearbox.Becausethegearboxisthemostpronetofailureinthewindturbine,thereliabilityofthePMSGishighandthedevelopmentprospectisbroad.BasedonthePMSGcontrolstrategyandthestatefeedbackcontrolmethod,theoutputpowershouldbestabilizedattheratedvaluebyadjustingthepitchangleofthewindturbinespeed.Firstly,thePMSGsystemstructureisanalyzed,thenthemathematicalmodelisestablished,andthestatefeedbacklinearcontrolisadoptedforthesystem.Statefeedbacklinearizedcontrolcannotonlymaintainthestabilityofthesystem,butalsoimprovethedynamicperformanceofthesystemandmakethesystemcontrolmoreaccurate.Thevariablepropellercontrolsystemcanadjustthespeedofthewindturbinedistanceangle,thuskeepingtheoutputpoweratastablevalue.Thegeneratorrealizestorquecontrolthroughcurrentcontrol.Finally,thesimulationmodelofpermanentmagnetdirectdrivewindpowercontrolsystemisestablishedbyusingMatlab/Simulinksimulationsoftware.Thefourconditionsofconstantwindspeed,rampwindspeed,stepwindspeedandrandomwindspeedareadoptedrespectively,andthesimulationresultsareanalyzedandsummarizedtoverifytheaccuracyandfeasibilityofthesystem.Keywords:statefeedback;permanentmagnetsynchronouswindpowergenerationsystem;pitchcontrol;constantpowercontrol目录TOC\o"1-3"\h\u1概述 11.1课题的研究背景与意义 基于状态反馈的PMSG的变桨控制系统设计1概 述1.1课题的研究背景与意义能源是人类社会发展的基石，是世界经济发展的动力。从古至今，能源一直在人类发展中扮演一个重要的角色。随着时代的发展，能源的重要性越发突出，每一次时代的发展，科技的进步，都离不开能源。与此同时，我们对能源的需求也越来越大，能源的消耗也越来越快，能源短缺已是世界性重要问题。石油、天然气等化石能源已无法满足世界需求，这些资源的日益枯竭不仅造成能源的短缺，也使得环境被严重污染和生态系统的破坏。矿物资源的使用产生了大了二氧化碳和二氧化硫等温室气体和废气废物，造成地表温度上升、大气污染和水污染等问题。这些问题的存在使得全世界都重视新能源的开发和利用，开发利用可再生能源是人类的必然选择。风能不仅是可再生能源，也是清洁能源，对环境没有直接污染。风能的开发和利用已经是全世界能源使用的重要选择。早在公元前，中国就开始了对风能的利用。最初，人们是借助风力来提水。宋代是中国应用风车的全盛时期，从那时起就开始使用垂直轴风车，垂直轴风车到现在为止依然流行。当今最常见的风力发电形式是风力发电。我国风力资源非常丰富，如东北、西北、西南高原和沿海地区，风速非常高。虽然与其他国家相比，中国风电的发展相对缓慢，但目前风电的发展和相关的技术研究已经得到国家政府的重视。根据世界风能协会的最新统计，中国的风电装机总容量已有2.21亿千瓦，居世界首位。据前瞻产业研究院的一份报告显示，2018年，中国电网新增风电2059万千瓦，总装机容量达到1.84亿千瓦，占全部发电装机容量的9.7%。2019年1-

6月，中国新增风电装机容量909万千瓦，其中海上风电装机容量40万千瓦。2019年1-6月，全国新增风电装机容量909万千瓦，其中海上风电40万千瓦，总装机容量达到1.93亿千瓦。1.2国内外风力发电的发展现状据世界风能协会统计,2012年全球新增风力发电装机容量约为2726万千瓦，增长率约为29%。累计达到1.21亿千瓦,增长率为42%,突破1亿千瓦大关。总风力发电量为2600亿千瓦时，占全球总电量的比例从2000年的0.25%上升到2012年的1.5%。虽然风力发电在电网适应性和风能资源等方面有着许多问题，但是比传统能源更具有经济优势，风力发电产业将成为一个巨大的新兴电力市场。据估计到2030年，欧洲风电装机容量可达三百亿瓦，可满足欧洲百分之二十的电力需求。从2012年到2050年，全球风力发电平均每年增加7000万千瓦。中国是世界上风能资源利用率最高的国家之一，资源丰富，分布广泛。据统计，陆上可开发的储量为2.53亿千瓦，海上可开发的储量为7.5亿千瓦。中国的风力发电具有大规模、高集中开发、远距离和高电压输送等特征。近年来，中国的风力发电产业发展迅猛。据最新数据统计，2014年到2019年，中国风力发电累计装机容量持续增长。截至2019年底，全国风力发电累计装机容量达2.1亿千瓦，同比增长14%，风电年度新增装机容量达2574万千瓦，同比上涨22%。从风电结构看，截至2019年底，全国的风力发电装机容量2.1亿千瓦中，陆上风电装机累计容量主要占97%，达到2.04亿千瓦；而海上风电累计装机仅仅只有3%，有593万千瓦。虽然陆上风力发电是中国的主要发展方向，但是海上风力发电规模有望取得进一步的发展。2019年，海上风电新增装机容量达到198万千瓦，累计容量达到593万千瓦，同比往年要增长许多。到2020年，海上风力发电新增装机容量将持续上升，将突破200万千瓦。2013-2019年，中国风力发电的发电量逐年递增。2016年，中国风力发电的发电量为2409亿千瓦时，比往年增长29.78%，是近几年最高增速。到2019年底，中国风力发电的发电量为3638亿千瓦时，同比增长11.3%。据资料显示，区域风电装机容量主要集中在北部和西北部。截至2019年6月底，全国十大风电装机省份分别为：内蒙古2896万千瓦、新疆1926万千瓦、河北1465万千瓦、甘肃1282万千瓦、山东1191万千瓦、山西1134万千瓦、宁夏1011万千瓦、江苏927万千瓦、云南863万千瓦、辽宁789万千瓦。中国风力发电产业不断扩大，风力发电发电量逐年递增，风电清洁能源利用水平得到提高。在2020年“十三五”计划即将收官时，中国也将迎来可再生能源电力发展情况考核。预计2020年将进一步推动风力发电高质量高水平发展，充分发挥其清洁能源的替代作用。1.3变速恒频风力发电系统的发展状况与恒速运行的风电机组相比，变速运行的风力机组具有发电量大、对风速变化的适应性好、生产成本低、效率高等优点。现在市面上主要有两类变速恒频风力发电系统：双馈异步风力发电系统和直驱永磁同步风力发电系统。双馈异步风力发电系统的主要优点是变频器容量小，仅为发电机的额定容量的1/3~1/4；可控制有功功率和无功功率，改善电能质量。但是，过高的转子电流频率会使得绕组发生过热现象，对电机造成损坏；同时齿轮箱成本高，有机械损失，噪声较大且效率偏低。直驱永磁同步风力发电系统的主要优点是电容补偿能力强、低电压穿越能力，对电网的冲击小；在维护成本方面，与双馈相比，成本更低，PMSG没有齿轮箱，没有碳刷和滑环，大大降低了维修费用；由于减少了传动系统部件，提高了风力发电机组的可靠性和可用性；PMSG低风速适应性高；低噪音；高效率；没有励磁损失，机械损失降低。由于中国低风速区占总风能资源的50%左右，因此PMSG在中国的应用更为广泛。1.4课题主要研究内容本课题研究的是基于状态反馈的PMSG的变桨控制系统设计，课题从分析直驱永磁同步发电系统的结构开始，然后建立其各模块的数学模型，接着对其所选控制策略进行研究分析，具体包括以下几个方面：a.简单介绍了能源的现状，以及叙述了国内外风力发电状况和变速恒频风力发电技术的发展状况；b.分析PMSG的结构及工作原理，建立各模块的数学模型；c.研究PMSG的变桨控制策略，同时采用状态反馈的控制方法；d.最后对整个风力发电系统进行建模仿真，并结合最后的仿真结果图进一步验证了所用控制策略的可靠性，验证该系统的的准确性和可行性。2直驱永磁同步风力发电系统的结构及其数学模型2.1直驱永磁同步风力发电系统结构直驱永磁同步风力发电系统主要包含风力机、PMSG、全功率变流器、等,其基本结构图如图2-1所示。直驱永磁同步风力发电机取消了沉重的增速齿轮箱，传动系统部件的减少，不仅省去了维修成本，也降低了机组的噪音，降低了机械损失，提高了整机效率和机组的可靠性。其基本原理是通过风轮对风能的吸收，然后转为机械能，由主轴传递给PMSG发电，通过全功率变流器之后过升压变压器上网。图2-1直驱永磁同步风力发电系统结构图风力机风力机主要有风轮、发电机、调向装置、塔架等组成。风轮在风力的作用下转动，将风能转为机械能，机械功带动发电机的转子转动，最后发电机发电。PMSG永磁同步发电机，即PMSG，把普通发电机的励磁换成永磁体，去掉电刷滑环，机构简单，同时也提高了发电机的效率。PMSG具有以下显著特点：a）体积小，重量轻；b）效率高，节能效果显著；c）电压波形质量好，适用于各种负载情况；d）电机过载能力强，适合于在恶劣环境下工作；e）无电刷，结构简单，可靠性高，使用寿命长；f）电磁干扰小，电磁兼容性好。全功率变流器PMSG输出的功率先经过机侧整流器将交流电整流成直流，再由网侧逆变器把直流电逆变成交流电，最后通过升压器升压上网。2.2风力机运行特性及数学模型2.2.1风轮动量理论风力机获取的风能为 （2-1）其中，为桨距角，为空气密度，R为叶片半径，V为风速，为风能利用系数。风轮动量理论也称为贝兹极限理论，用作描述作用在风轮上的力与来流速度之间的关系，理想条件如下：a.气流是理想不可压缩的均匀定常流；b.风轮简化成一个无限桨叶构成的桨盘；c.桨盘上没有摩擦力；d.风轮流动模型简化成一个单元流管；e.风轮前后远方的气流静压相等；f.轴向力（推力）沿桨盘均匀分布。由流体力学可知，单位时间内气流流过截面积为S的气体所具有的动能为 （2-2）式（2-2）中，ρ为空气密度；v为风流过截面积S的速度。风轮被简化成一个桨盘，流动模型被简化成一个单元流管，如图2-2所示。图2-2理想条件下的流动模型图2-2中,为风轮上游的风速，为通过风轮的风速，为风轮下游的风速。通过风轮的气流其上游截面是，下游截面是。由于风轮所获得的能量是由风能转化得到的，所以必定小于，因而通过风轮的气流截面积从上游至下游是增加的，即大于。自然界的空气流动是不可压缩的，根据连续流动方程得到 （2-3）根据动量方程可得，作用在风轮上的力F为 （2-4）则风轮吸收的功率P为 （2-5）根据动能定理， （2-6）即 （2-7）根据能量守恒定律，由式（2-5）、（2-7）可知 （2-8）故，作用在风轮上的气动力和提供的功率可写成 （2-9） （2-10）当时，P出现极值，求解得（舍）和。所以当时，P取最大值，即 （2-11）定义风轮轴功率系数（又称风能利用系数）为 （2-12）由（2-11）和（2-12）可知，风轮的理论最大效率为 （2-13）理想的风能利用系数Cp的最大值是0.593。Cp值越高，表示风轮机能够从自然界中获得的能量百分比越高，风机的效率越高，即风力机的风能利用率也越高。2.2.2叶尖速比为了表示风轮运行速度的快慢，常用叶片的叶尖圆周速度与来流风速之比来描述，称为叶尖速比λ。 （2-14）式中，n为风轮转速（r/min）；R为叶尖半径（m）；v为上游风速（m/s）；为风轮角速度（rad/s）。2.2.3风能利用系数CP表示风轮从风能中吸收功率的能力，与桨距角和叶尖速比的具体的关系式如下： （2-15） （2-16）下面的一阶线性模型表示一个简化的动力学模型： （2-17）其中，为所需桨距角，为执行机构时间常数。2.3永磁同步发电机的数学模型PMSG是通过永磁体励磁产生同步旋转磁场。由于发电机转子的永磁体是非励磁绕组，避免了产生一些励磁损耗，同时提高效率。同时电刷和集电环的减少使得无需在运行时吸收无功功率，提高功率因数，实现系统的可靠运行。PMSG采用三相对称绕组，其定子与一般励磁同步电机的定子相同。假设PMSG为理想电机：a.忽略PMSG的铁心饱和、磁滞及祸流损耗；b.转子和定子的磁场需沿定子内圆按正弦分布；c.设定子三相绕组完全对称，同时在空间中互差120°电角度。图2-3PMSG结构示意图PMSG的结构示意图如图2-3所示，A、B、C三相定子绕组互差120°，在空间位置上呈对称分布。其中，A相轴线为定子静止参考轴，d轴方向作为转子永磁体产生的基波磁场方向，q轴处于超前d轴逆时针90°的位置。表示永磁体的磁链，表示A相绕组和d轴之间的夹角。下式为PMSG的三相定子绕组的电压方程：（2-18）式（2-18）中，分别为A、B、C三相定子绕组的电压，分别为A、B、C三相定子绕组的电流，表示定子绕组的电阻，分别表示A、B、C三相定子绕组的磁链，微分算子为。其中，A、B、C三相定子绕组的磁链方程表达式为：（2-19） （2-20）式（2-19）中，为A、B、C三相绕组的自感，为A、B、C三相中每两相绕组间的互感，为A、B、C三相绕组的永磁磁链。根据式（2-19）和式（2-20），可得：（2-21）矩阵表示从abc三相静止坐标系变换到dq两相同步旋转坐标系：（2-22）故经过上述坐标变换后得到的两个定子电压方程为：（2-23）（2-24）式（2-23）和（2-24）中，分别表示定子d、q轴的电压，分别表示d、q轴的电流，分别表示定子d、q轴的磁链，分别是定子d、q轴的电感，是电机的电角速度，为极对数。由上可得，PMSG在两相旋转坐标系下的定子电压为：（2-25）在d、q同步旋转坐标系下PMSG的等效电路图如图2-4所示。图2-4PMSGd-q等效电路在d、q坐标系下PMSG的电磁转矩表达式为：（2-26）永磁同步发电机的机械运动方程可表示为：（2-27）其中，表示电机的转动惯量。给出风力机的状态空间模型： （2-28） 其中，分别是状态向量、输入向量和输出向量；f(x)、g(x)和h(x)是光滑向量场；和分别是d、q轴定子电压；和分别是d、q轴定子电流；和分别是d、q轴定子电感；为定子电阻；为磁场磁通；为传动系的总惯量；B为PMSG的摩擦系数；是发电机转速；、和分别为机械转矩、静摩擦转矩和电磁转矩。3变桨控制系统3.1工作原理变桨系统作为大型风力发电机组控制系统的核心部分之一，对机组的安全、稳定、高效运行起着重要作用。稳定的变桨控制已成为当前大型风力发电机组控制技术研究的热点和难点之一。变桨控制就是通过调节叶片的桨距角来改变\t"/item/%E5%8F%98%E6%A1%A8/_blank"气流对桨叶的\t"/item/%E5%8F%98%E6%A1%A8/_blank"攻角，进而控制风轮捕获的气动\t"/item/%E5%8F%98%E6%A1%A8/_blank"转矩和\t"/item/%E5%8F%98%E6%A1%A8/_blank"功率。变桨距系统作为风力机组中一个重要的组成部分，具有以下作用：a.当风速小于目标风速时，通过调整叶片的角度，使风力发电机获得最为理想的能量；b.当风速变化，特别是超过额定风速后，调整叶片角度，控制风力发电机组的转速和功率，维持机组的工作运行状态；c.当安全链断开时，变桨系统转向顺桨位置，从而提供一个空气动力学的刹车作用；d.通过风和叶轮的相互作用产生是机组间机械负载最小化。3.2控制策略大型风力发电机组的控制方法是变桨变速恒频控制，一般采用经典控制理论中的比例一积分（PI）或比例一积分一微分（PID）控制等。PI控制结构简单，但由于是基于某一个特定的运行点设计的参数，从而不能保证风力机在时变风速下获得一致的动态性能。而本课题主要研究的是基于状态反馈的反馈线性化控制方法，所谓状态反馈线性化，就是在一定条件下，通过非线性状态反馈和适当的坐标变换，将仿射非线性系统精确线性化，得到的状态反馈用于保持控制系统的稳定性和改善系统的动态性能。图3-1是本课题采用的基于状态反馈的PMSG的变桨控制系统的结构图。图3-1基于状态反馈的PMSG的变桨控制系统结构图当风速过高时，变桨控制通过调节桨距角改变叶片上气流的攻角，从而改变风力机获得的气动转距，保持功率输出的稳定。为使风力发电保保持在额定功率范围内，要求得到相应的桨距角，这就要求机械转速ωm和机械转矩Tm分别保持在额定值上。当电磁转矩Te可以跟踪其额定值Ter，而3.2.1风力机的输入/输出线性化系统方程（2-28）中风力机速度动力学的输入/输出线性化可以表示为 （3-1）由于电磁转矩比机械转矩有更快的响应，从而控制风力机，。式（3-1）可表示为 （3-2） （3-3） （3-4） （3-5）反馈线性化控制可表示为 （3-6）非线性系统被线性化为 （3-7） （3-8）其中，v1是线性系统的输入，k11和k12是线性控制器的增益，y1r是参考输出，作为跟踪误差。误差动态是 （3-9）3.2.2PMSG的输入/输出线性化方程（2-28）的输入/输出线性化可以表示为 （3-10）其中， （3-11） （3-12） （3-13）反馈线性化控制可表示为 （3-14） （3-15）非线性系统被线性化为： （3-16） （3-17） （3-18）其中，和是线性系统的输入，和是线性控制的增益，和是参考输出。定义和作为跟踪误差。误差动态是 （3-19） （3-20）4直驱永磁同步风力发电系统的建模与仿真4.1风力发电系统仿真软件近年来，风电产业不断扩大，同时风力发电的技术研究也在不断提高。在技术研究方面，往往都需要电力系统数学仿真来帮助完成相关研究，验证系统的可行性。本课题所采用的仿真软件是MatLab软件。Matlab是Matrix

Laboratory的缩写，意为矩阵实验室。最初，它是设计者为解决数学中的矩阵运算而开发的。它具有使用方便、计算效率高等优点，在科技邻域中被广泛应用。其中，Matlab的Simulink平台是通过框图进行仿真计算，易于编程和拓展使用，仿真模型具有可读性，不需要记忆大量函数。Simulink具有许多仿真工具，特别是丰富的模块库，大大降低了系统仿真的难度。同时它能够解决Matlab难以解决的非线型和变系数等问题。它可以支持连续系统和离散系统的仿真,也可以支持多种采样频率系统的仿真，从而可以对大而复杂的系统进行仿真。在Simulink环境下能够完成多种控制理论和复的杂数字信号处理的大量仿真和设计。本课题借助Matlab/Simulink软件完成永磁直驱同步风力发电控制系统的仿真模型的搭建，运行系统，验证系统的的正确性和有效性。4.2系统仿真模型的建立本课题选用的是直驱永磁同步风力发电系统，其额定功率为2MW。并根据其工作原理利用Matlab/Simulink仿真软件建立了整个系统的仿真模型，详见附录2.1，其中有风速模型、气动模型、PMSG及其控制模型、桨距角控制以及变桨系统模型。4.2.1空气动力学模型风力机是通过叶片的转动将风能转化为机械能，而输出的机械能则取决于风速和风力机的风能转换系数。根据式（2-1）、（2-14）、（2-15）和（2-16）在Simulink环境下搭建的空气动力学封装模型如图4-1所示，空气动力学模型的内部框图如附录2.2所示。在图4-1中，桨距角、不断变化的风速以及风轮的角速度是系统的输入量，风轮的机械转矩是系统的输出量。图4-1气动模块封装4.2.2PMSG及其控制模块PMSG及其控制模块之间的连线如图4-2所示，图中的，分别是d、q轴的控制电压分量，为直流电网电流。图4-2PMSG及其控制模块封装发电机的数学模型归纳如下：（4-1）PMSG内部框图如附录2.3所示，PMSG控制内部如附录2.4所示。4.2.3桨距角控制及变桨系统模块桨距角控制及变桨系统模块之间的连线如图4-3所示。桨距角控制内部图如附录2.5所示，输入量为风轮角速度ω，输出量为桨距角βr，而变桨系统是输入桨距角βr从而实现的。变桨系统模型内部图详见附录2.6。图4-3桨距角控制及变桨系统模块封装4.3系统仿真参数系统机侧的仿真参数在表4-1中给出。表4-1仿真中机侧参数参数数值风轮半径Rw/（m）39空气密度/（kgm3）1.29转动惯量J/（kgm2）1×104额定风速V/（ms）12风力机额定功率P/（MW）2极对数n11桨距角β/（°）0磁链Ke/（Vsrad）136.25定子绕组L/（mH）5定子电阻Ra/（Ω）5×10-5d轴电感Ld/（mH）5.5×10-3q轴电感Lq/（mH）3.8×10-3转子阻尼B0最佳叶尖速比λopt7.3089最大风能利用系数Cpmax0.42544.4仿真结果及分析A.风速为常数时的仿真分析图4-4为风速是18m/s的恒定风,持续20s。图4-4恒定风速的风模型图4-5恒定风速下的图4-6恒定风速下的图4-7恒定风速下的图4-8恒定风速下的图4-4至图4-8分别是恒定风速为18m/s情况下的、、、、。由于风速恒定，、、和也保持恒定。均保持在2.3（rad/s），值也保持在0.12左右。由于风速处于一个恒定值，桨距角也都保持一个固定值。图4-9恒定风速下的机械功率图4-10恒定风速下的有功功率图4-11恒定风速下的无功功率图4-9至图4-11分别是恒定风速为18m/s情况下的机械功率、有功功率和无功功率。由于风速的恒定，所以机械功率、有功功率和无功功率也都保持不变，对输出没有影响。B.风速为坡道风时的仿真分析图4-12为风速是初始速度为18m/s的风,2s后风速成斜坡状下降到14m/s,第4s时风速又恒定在14m/s,全程时长为20s。图4-12坡道风速的风模型图4-13坡道风速下的图4-14坡道风速下的图4-15坡道风速下的图4-16坡道风速下的图4-12至图4-16分别是坡道风速情况下的、转速、风能利用系数、桨距角和。由图4-12可知，18m/s的风速在第2s时成斜坡状下降到14m/s，在第4s后，风速又保持不变。为确保输出功率在额定值，转速和桨距角都随着风速的变化而变化，如图4-13和图4-15所示。由图4-14可知，当风速下降时，风能利用系数增大。图4-17坡道风速下的机械功率图4-18坡道风速下的有功功率图4-19坡道风速下的无功功率图4-17至图4-19分别是坡道风情况下的机械功率、有功功率和无功功率。由图可知，机械功率、有功功率和无功功率三条曲线是一样的，变化趋势相同，均随着风速的变化而变化。同时，有功功率和无功功率两者互不影响，因此，风力机的控制与发电机的控制可以实现解耦。C.风速为阶跃风时的仿真分析图4-20为风速是初始速度为18m/s的风,2s后风速瞬间阶跃到14m/s,并恒定在14m/s,全程时长为20s。图4-20阶跃风速的风模型图4-21阶跃风速下的图4-22阶跃风速下的图4-23阶跃风速下的图4-24阶跃风速下的图4-20至图4-24分别是阶跃风速情况下的、转速、风能利用系数、桨距角和。由图4-20可知，18m/s的风速在第2s时瞬间阶跃到14m/s，然后，风速又保持