風力機模擬系統(tǒng)仿真研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源危機的日益加劇以及環(huán)境的惡化加速人類對新能源的探求。風能作為一種清潔、無污染、可再生的能源，受到世界各國的廣泛關(guān)注，風力發(fā)電已成為世界新能源的主要形式之一。
　　 研究風力發(fā)電技術(shù)，現(xiàn)場試驗是最理想的方法。由于風場環(huán)境的不可控性，大量的風電場現(xiàn)場試驗受自然條件的限制，難以達到預期效果。為提高風力發(fā)電技術(shù)的研發(fā)水平，有必要研究一種能在實驗室環(huán)境下模擬風力機特性的技術(shù)，簡化試驗過程，縮短研究周期。風力機模

2、擬系統(tǒng)，能夠不受環(huán)境影響，制定不同風速模型，模擬不同風力機的特性，為微電網(wǎng)實驗室的建立奠定基礎。
　　 論文詳細地研究基于直流電動機和異步電動機的風力機模擬系統(tǒng)，搭建了相應的數(shù)學模型，對恒定風速和變化風速兩種情況，建立了計及風力機剪切、塔影效應的動態(tài)模擬方案，使風力機模擬系統(tǒng)的輸出特性和實際風力機特性更為接近。具體研究內(nèi)容如下：
　　 (1)首先對風力發(fā)電技術(shù)作了概述，分析國內(nèi)外風力發(fā)電現(xiàn)狀，對比多種風力機模擬系統(tǒng)的模型

3、，在此基礎上對風力機模擬技術(shù)展開研究。
　　 (2)研究基本風、漸變風、陣風和隨機風的數(shù)學模型，學習風能轉(zhuǎn)換原理，建立風力機的空氣動力學模型，采用Simulink得到風能利用系數(shù)和葉尖速比、槳距角的仿真關(guān)系曲線，為運用葉尖速比法控制風力機捕獲最大風能奠定基礎。此外，對風力機模擬方法進行了分析。
　　 (3)建立直流電動機模型，將直流電動機特性與風力機特性曲線對比，得出其轉(zhuǎn)矩(或功率)特性與風力機類似的結(jié)論，作為選取直流電

4、動機進行風力機特性模擬的依據(jù)。從穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性兩方面，建立了計及剪切效應和塔影效應的等效轉(zhuǎn)矩模型。采用梯度下降的自適應PI控制法，使風力機模擬系統(tǒng)與實際風力機的輸出特性更為接近。通過仿真分析，結(jié)果表明：穩(wěn)態(tài)風力機模擬系統(tǒng)的輸出特性與理論風力機輸出特性比較接近；動態(tài)風力機模擬系統(tǒng)的輸出特性有一定的脈動，能真實地反映實際風力機的輸出特性。
　　 (4)學習異步電動機的變頻調(diào)速原理，建立三相靜止坐標和兩相旋轉(zhuǎn)坐標下異步電動機的數(shù)學模型

5、，通過比較異步電動機特性與風力機輸出特性的相似性，并采用矢量控制技術(shù)將異步電動機等效為直流電動機，使模擬系統(tǒng)能真實地模擬實際風力機的輸出特性。
　　 (5)以異步電動機作為原動機建立風力機模擬系統(tǒng)，在恒定風速、變風速和計及剪切效應和塔影效應引起轉(zhuǎn)矩脈動的情況下進行仿真分析。仿真結(jié)果表明：在風速突變時，異步電動機模擬風力機的特性滿足風力機的要求；受到剪切、塔影效應的影響，模擬系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩有較明顯的脈動；槳距角的改變對風能利用系數(shù)