風力發電模擬系統簡介

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風力發電系統是一個復雜的能量轉換系統，不同的交流器及其發電機等均可能在系統中有所應用，如此大規模的功率器件的應用，使得新拓撲及其控制策略的檢測顯得十分重要。對于風力發電系統，尤其是對變速恒頻雙饋風力發9電系統而言，無論是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，為了使系統軟件和硬件設計得到充分的驗證，則需要實際的風場實驗驗證，然而進行實際風場實驗驗證是不現實的，因為實際風場實驗投資大，周期長且對自然環境的依賴性高，很不利于風力發電系統的研究。為了高效、高質量的對系統軟硬件進行驗證，通常需要對風力發電機進行地面模擬試驗。
多數實驗室不具備風場環境和實驗石家莊市風機，這為風力發電的實驗室研究帶來了很大困難；而且隨著石家莊市風機的裝機容量越來越大，石家莊市風機的葉片也越來越長，更加劇了采用真實石家莊市風機進行實驗室試驗的難度。因此如何在不使用真實石家莊市風機的情況下，對風力發電機系統進行較為準確的模擬，以暫時替代實際風場實驗，進行風力發電技術的前期研究，成為了風力發電技術研究當中亟待解決的問題。20世紀90年代以來，隨著風力發電技術研究的進一步深入，國內外眾多專家、學者對此問題給予了前所未有的關注，眾多不同類型的風力發電系統模擬方案應用而生。概括起來，石家莊市風機實驗室模擬通常采用電動機去模擬實際石家莊市風機，通過控制電機的運行特性(功率特性或電磁轉矩特性)去模擬實際石家莊市風機的運行特性，包括其靜態特性和動態特性，如圖1．8所示。在實際的風力發電系統中，風能的捕獲是通過旋轉槳葉及其齒輪箱傳遞給發電機的，石家莊市風機驅動發電機發電，在此系統中石家莊市風機完成了風能向機械能的轉化，而發電機則完成了機械能向電能的轉化；在模擬系統中，石家莊市風機特性可以通過電動機(原動機)發電機對拖系統來實現，此時石家莊市風機則由一個具有驅動意義的電動機代替，只要求模擬系統與實際系統發電機具有相同的輸入轉矩指令砭，即石家莊市風機模擬系統與實際石家莊市風機為等效轉矩源。實驗開發的風力發電模擬系統主要由三大部分組成，如圖1．9所示，左邊為風速數值模擬部分，用于產生符合風速功率譜特性的風速模型，為模擬系統提供原動力風能信號。中間為石家莊市風機特性模擬部分，其中左半部分為實時軟件部分，即等效轉矩源計算，主要完成石家莊市風機氣動轉矩的實時計算，輸出符合石家莊市風機動特性的電動機轉矩指令。右半部分為一個機電隨動系統，原動機輸出具有驅動意義的石家莊市風機特性轉矩；右邊是發電機及其控制系統，完成風能到電能的轉化及其系統控制要求等。本文將從風速模擬入手，對整個雙饋風力發電模擬系統作詳細建模與研究。
所提出的風力發電快速發展所面臨的問題，大規模風力發電已成為了當今世界風力發電的發展趨勢，為了適應大規模風電場安全、可靠地并網運行，國內外有關部門已經制定了相應的風電接入電網技術規范，其不僅詳細規定了電網正常狀態運行的有功、無功等要求，還對風電場接入電網的各種電能質量問題以及低電壓穿越能力進行了嚴格的規定，所以研究風力發電與電網的交互影響迫在眉睫，也是大規模風電場是否能夠成功并網的關鍵。本文旨在通過建立動態石家莊市風機模擬平臺，從而利用動態石家莊市風機模擬平臺代替實際石家莊市風機，方便了風力發電的實驗室研究。進而在此基礎上建立了整個雙饋風力發電模擬系統仿真與實驗平臺，并針對動態石家莊市風機特性對風力發電系統的影響以及風力發電系統對電網的影響作以初步探討，為后續研究風力發電系統與電網的交互影響提供理論支持和仿真、實驗研究平臺。