随着风力发电事业的蓬勃发展,风力发电技术已经成为世界各国研究的热点。在不具备风场环境的实验条件下研究风力发电技术,只能做到理论分析和计算机仿真,而较为重要的实验环节无法实现。
为了解决这个问题,本文提出了利用变频调速异步电机,模拟实际风场风轮输出特性的方案。即可以通过异步电机代替风轮机拖动风力发电机进行风电技术的研究。
本文首先建立了风速数学模型,仿真绘出了风速时变曲线,通过与实测风速数据曲线的比较,验证了所建风速模型的正确性和可行性;然后分析了风轮的空气动力特性和风能吸收理论,得出由风速到风轮的输出转速和输出功率的数学模型,并编程实现了给定风速就能得到所对应的风轮的转速、功率、转矩;详细的分析了异步电机的矢量控制策略,用矢量控制方式控制异步电机来模拟风轮机动态输出特性;设计了整套风轮输出特性模拟系统,该系统由上位机、变频器、数据通讯卡、异步电机、测速编码器等硬件构成,实现了风轮机动态特性的模拟。其中在上位机部分编制了上位机操作界面,可以输入风速参数和机型参数,并可以对运行状态(包括风速曲线、转速曲线、转矩曲线、功率曲线)进行实时监测,也可以保存当前数据方便事后分析和处理;最后,用实验室模拟风轮输出特性的原动机拖动30kW的风力发电机进行实验,获得了满意的实验结果,从而验证了变频调速异步电机模拟风轮输出特性的方案的可行性与实用性。
