风力发电试验系统的研究

随着地球能源的日益紧缺，环境污染日益加重，风能作为一种无污染、可再生的清洁绿色能源越来越被人们重视。变速恒频双馈风力发电技术以其自身的多种优点成为当今风力发电技术中的主流。但是在实验室环境中研究风力发电技术，由于缺乏必要的自然环境和风力机装置而受到限制，因此风力发电试验系统的建立有其重要的意义。 本文在深入研究变速恒频风力发电系统的基础上，对比了当前较为流行的变速恒频风力发电试验系统，并对其基本原理进行详细分析。在此基础上对风力发电试验系统中的关键技术—风力机的模拟进行研究，研究了一种采用交流异步电动机基于转矩电流闭环矢量控制的风力机模拟方法，解决了大功率风力发电系统中采用直流电动机所存在的缺点。该试验系统采用交流异步电动机作为原动机，主要考虑其：体积小，成本底，易维护等优点；而采用基于转矩电流闭环的矢量控制时异步电动机具有良好的控制特性。文中也对风力发电系统最大功率点跟踪(MPPT)控制策略进行详细分析，在对传统的最大功率点跟踪控制方法进行深入研究的同时进行一种全新的控制策略设计，提出了一种基于最大功率曲线拟合(MPCF)的最大功率点跟踪(MPPT)控制方法，该方法采用功率信号反馈(PSF)方法和爬山寻优(HCS)方法相结合的转速、功率双闭环控制方法，同时采用曲线拟合算法，在线实时更新最大功率曲线，保证了系统MPPT控制的准确性。 文中对该试验系统进行可行性仿真，并在此基础上，建立了一套实际的风力发电试验系统。该风力发电试验系统由上位机监控中心、风力机模拟驱动系统和发电机子系统三部分组成。上位机对系统的各个参数进行在线监控的同时，也对风场进行模拟，通过风力机的相关参数获得在任意风速下的风力机转矩，从而得到异步电机转矩电流指令。风力机模拟驱动系统主要是根据这个转矩电流指令，模拟风力机在任意风速下的运行状态，拖动双馈异步发电机进行发电。系统试验结果验证了该系统的可行性和正确性。