雙饋風力發電系統模擬平臺研究

作者：石家莊風機　　　　　日期：2015-9-1　　　　　瀏覽：1193　　　　　

風力發電作為一種有效的可再生能源利用形式，近年來越來越受到關注。加之大規模開發利用風電并網發電的要求，研究風力發電系統及其與電網的交互性影響已迫在眉睫。而風力發電系統又是一個復雜的能量轉換系統，無論是系統控制策略的驗證還是驅動變流器的檢驗僅僅通過計算機軟件仿真模擬還不足以證明軟件、硬件設計的可靠性。但是大量的實際風場實驗驗證顯然是不現實的，而且是極其不經濟的；此外即使便于進行實際風場實驗，由于實際風場環境的不可控性，實驗環境很難達到具體實驗要求。為了高效地對系統控制策略及軟硬件進行驗證，通常需要對風力發電系統進行前期的實驗室地面模擬實驗研究，因而包含石家莊風機模擬平臺的風力發電實驗室模擬系統應運而生。風力發電系統實驗室地面模擬系統中發電機及其控制部分為其實物，故模擬系統的核心為石家莊風機模擬。雖然石家莊風機模擬方案眾多，但多為基于石家莊風機平均輸出特性的穩態石家莊風機模擬，模擬用原動機不能完全反映實際石家莊風機動特性，故不適合替代實際石家莊風機做風力發電系統實驗研究。
針對現有石家莊風機模擬方案的不足，本文綜合考慮了石家莊風機的風剪、塔影效應及其石家莊風機的大慣量特性，提出了動態轉矩補償的石家莊風機動態模擬方案，使得石家莊風機模擬器與實際石家莊風機具有更為接近的動態響應，可以替代實際石家莊風機進行風力發電系統實驗研究。此外，文章還建立了雙饋風力發電模擬系統其它部分的數學模型，得出了整個雙饋風力發電模擬系統的仿真平臺。基于雙饋風力發電模擬仿真平臺，文章研究了動態石家莊風機特性對雙饋風力發電系統的影響，突出了由于風剪、塔影效應引起的三次轉矩脈動量對雙饋風力發電系統的影響。此外機械傳動機構對雙饋風力發電系統瞬態性能的影響也得以探討，最終得出了機械參數的最優選擇規律。
文章還研究了基于定子電壓定向雙饋矢量控制的穩定性，考察了系統電氣參數對系統瞬態性能的影響。以上研究為雙饋風力發電系統參數設計和系統分析提供了有益的參考。在論文的研究過程中，完成了1 5kW異步電動機．1 1 kW繞線式雙饋發電機(M．G)對拖的雙饋風力發電系統實驗模擬平臺的搭建與調試。驗證了動態石家莊風機模擬器算法的正確性，考察了雙饋發電機在不同工況下的運行特性，最終完成了整個模擬系統的動態響應實驗。仿真和實驗一致證明了石家莊風機模擬方案與系統控制策略的正確性。