風力機模擬器是什么以及它是如何工作的？

近年來，風力發(fā)電是最有前景的可再生能源發(fā)電技術(shù)之一。對并網(wǎng)風力系統(tǒng)的研究非常必要，因為風能有望在項目的整個生命周期及以后提供免費燃料。為了在不依賴自然風力資源和實際風力渦輪機的情況下研究風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng) (WECS) 的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)行為，一個代表風力和風力渦輪機的系統(tǒng)是必須具備的,吉事勵DS2000F系列風力機模擬器系統(tǒng)可以模擬不同風速，可編程，采用全數(shù)字化的變流器設(shè)備來進行模擬，整個過程全數(shù)字化，設(shè)備可以通過DC/AC變換技術(shù)輸出滿足國家標準要求的交流電能向電網(wǎng)供電，靈活性高，全程靜音，可靠性高。

　　風能是世界各國發(fā)展迅速的技術(shù)之一。根據(jù)中國往年數(shù)據(jù)的研究，估計風能占總發(fā)電量的 35%。在過去的幾年里，通過使用不同的電機和在不同的風速特性下運行 WTE，已經(jīng)對 WTE 進行了重要的研究。其中一些實現(xiàn)是使用純建模和仿真或使用 MATLAB/Simulink、PSCAD 或 PSIM 等軟件工具的實時仿真來完成的。直流電機是常用的硬件;但是，也使用永磁同步電機 (PMSM) 和感應電機。直流電機驅(qū)動器廣泛采用的轉(zhuǎn)換技術(shù)是基于交流/直流晶閘管的控制和直流/直流斬波器。

　　風力渦輪機模擬器 (WTE) 通常是在實驗室中設(shè)計和開發(fā)的。它是模擬真實 WECS 行為的人工、可控且靈活的測試臺。WECS的主要元素如圖1所示。這是研究人員、設(shè)計師和工程師開展研究、觀察和分析 WECS 工作的平臺。仿真包括系統(tǒng)操作和控制的復制。這使得可以在類似于真實世界設(shè)置的受控環(huán)境中分析系統(tǒng)，而無需依賴物理設(shè)備和實際的可再生能源。渦輪機特性被復制，以便設(shè)置可以在不同的風速和槳距角下運行。

 圖 1：風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的主要元素

　　風力模擬器的設(shè)計和工作示例

　　可以使用速度或功率控制概念來控制風力渦輪機。由于功率限制的考慮，通常采用具有快速變槳機構(gòu)的變速控制。然而，使用定速功率控制技術(shù)的缺點是將風波動轉(zhuǎn)換為機械波動，進而導致電氣波動。

　　WTE 可以構(gòu)建成包括一個直流電機和一個 PMSM 發(fā)電機。使用 PSIM 軟件的傳統(tǒng) PI 控制器可以實現(xiàn)控制。用于電機和發(fā)電機的預構(gòu)建塊可用于此目的。粒子群優(yōu)化 (PSO) 技術(shù)可用于計算輸出功率的特性。需要注意的是，需要多次迭代才能達到優(yōu)化值，這導致了更大的穩(wěn)定時間。此外，當每個 PSO 代碼運行時，會生成多個解決方案，然后在 Simulink 模型中對其進行評估以找到估計值。這是一個可靠的設(shè)計，但對于大型風力渦輪機來說可能不是一個可行的選擇，因為它是計算密集型的。

　　另一個設(shè)置選項是使用他勵直流電機模型來模擬風力渦輪機的特性。由于旋轉(zhuǎn)盤的慣性和 PI 控制器的使用，可以通過振蕩觀察到轉(zhuǎn)速隨風速的變化。這種設(shè)置適用于小型風力渦輪機，但不推薦用于大型風力渦輪機，因為 WTE 中不需要振蕩。

　　風能通常是間歇性的，因為它具有隨機變化且不可控。當風能被用作 WECS 的輸入時，它會產(chǎn)生由風力渦輪機提供的機械功率。這使耦合發(fā)電機能夠提供可變功率。在現(xiàn)場安裝WECS 之前，需要對其性能進行詳細分析。因此，風力渦輪機模擬器 (WTE) 的設(shè)計和實施是安裝風能系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟。