风力发电模拟系统简介

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风力发电系统是一个复杂的能量转换系统，不同的交流器及其发电机等均可能在系统中有所应用，如此大规模的功率器件的应用，使得新拓扑及其控制策略的检测显得十分重要。对于风力发电系统，尤其是对变速恒频双馈风力发9电系统而言，无论是控制策略的验证还是驱动变流器的检验仅仅通过计算机软件仿真模拟还不足以证明软件、硬件设计的可靠性，为了使系统软件和硬件设计得到充分的验证，则需要实际的风场实验验证，然而进行实际风场实验验证是不现实的，因为实际风场实验投资大，周期长且对自然环境的依赖性高，很不利于风力发电系统的研究。为了高效、高质量的对系统软硬件进行验证，通常需要对风力发电机进行地面模拟试验。
多数实验室不具备风场环境和实验石家庄市风机，这为风力发电的实验室研究带来了很大困难；而且随着石家庄市风机的装机容量越来越大，石家庄市风机的叶片也越来越长，更加剧了采用真实石家庄市风机进行实验室试验的难度。因此如何在不使用真实石家庄市风机的情况下，对风力发电机系统进行较为准确的模拟，以暂时替代实际风场实验，进行风力发电技术的前期研究，成为了风力发电技术研究当中亟待解决的问题。20世纪90年代以来，随着风力发电技术研究的进一步深入，国内外众多专家、学者对此问题给予了前所未有的关注，众多不同类型的风力发电系统模拟方案应用而生。概括起来，石家庄市风机实验室模拟通常采用电动机去模拟实际石家庄市风机，通过控制电机的运行特性(功率特性或电磁转矩特性)去模拟实际石家庄市风机的运行特性，包括其静态特性和动态特性，如图1．8所示。在实际的风力发电系统中，风能的捕获是通过旋转桨叶及其齿轮箱传递给发电机的，石家庄市风机驱动发电机发电，在此系统中石家庄市风机完成了风能向机械能的转化，而发电机则完成了机械能向电能的转化；在模拟系统中，石家庄市风机特性可以通过电动机(原动机)发电机对拖系统来实现，此时石家庄市风机则由一个具有驱动意义的电动机代替，只要求模拟系统与实际系统发电机具有相同的输入转矩指令砭，即石家庄市风机模拟系统与实际石家庄市风机为等效转矩源。实验开发的风力发电模拟系统主要由三大部分组成，如图1．9所示，左边为风速数值模拟部分，用于产生符合风速功率谱特性的风速模型，为模拟系统提供原动力风能信号。中间为石家庄市风机特性模拟部分，其中左半部分为实时软件部分，即等效转矩源计算，主要完成石家庄市风机气动转矩的实时计算，输出符合石家庄市风机动特性的电动机转矩指令。右半部分为一个机电随动系统，原动机输出具有驱动意义的石家庄市风机特性转矩；右边是发电机及其控制系统，完成风能到电能的转化及其系统控制要求等。本文将从风速模拟入手，对整个双馈风力发电模拟系统作详细建模与研究。
所提出的风力发电快速发展所面临的问题，大规模风力发电已成为了当今世界风力发电的发展趋势，为了适应大规模风电场安全、可靠地并网运行，国内外有关部门已经制定了相应的风电接入电网技术规范，其不仅详细规定了电网正常状态运行的有功、无功等要求，还对风电场接入电网的各种电能质量问题以及低电压穿越能力进行了严格的规定，所以研究风力发电与电网的交互影响迫在眉睫，也是大规模风电场是否能够成功并网的关键。本文旨在通过建立动态石家庄市风机模拟平台，从而利用动态石家庄市风机模拟平台代替实际石家庄市风机，方便了风力发电的实验室研究。进而在此基础上建立了整个双馈风力发电模拟系统仿真与实验平台，并针对动态石家庄市风机特性对风力发电系统的影响以及风力发电系统对电网的影响作以初步探讨，为后续研究风力发电系统与电网的交互影响提供理论支持和仿真、实验研究平台。