摘 要:為滿足實(shí)驗(yàn)室研究風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的需要,本文提出了基于三相電壓型逆變器的
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模擬方案。文章通過分析風(fēng)力機(jī)氣動特性靜態(tài)、動態(tài)模型以及永磁同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,計(jì)算得到控制逆變器的參考電壓,使其輸出外特性能夠在動、靜態(tài)運(yùn)行條件下模擬實(shí)際的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。通過MATLAB/Simul
ink 對模擬系統(tǒng)進(jìn)行仿真,結(jié)果表明該系統(tǒng)的運(yùn)行特性與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的理論特性吻合度高,可滿足實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究需要。
1.引言
為應(yīng)對日益凸顯的
能源危機(jī)和環(huán)境污染問題,風(fēng)力發(fā)電近年來逐漸成為國內(nèi)外研究的重點(diǎn),是世界上公認(rèn)的最接近商業(yè)化的
可再生能源技術(shù)之一[1]。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對新理論和新技術(shù)的前期探討、開發(fā)與測試,對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展有著極其重要的推動作用。由于條件限制,實(shí)驗(yàn)室一般不具備實(shí)際風(fēng)場自然環(huán)境和風(fēng)力機(jī)裝置,這為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究帶來了很大的困難。
為此,通常采用電動機(jī)拖動風(fēng)力發(fā)電機(jī)來模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以進(jìn)行試驗(yàn)研究[2-5],這類方案從物理實(shí)現(xiàn)上很接近實(shí)際風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),但機(jī)電傳動設(shè)備和發(fā)電機(jī)的費(fèi)用投入較高、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且受限于實(shí)際電動機(jī)及發(fā)電機(jī)的輸出能力,模擬器的功率覆蓋范圍較窄,配置方案也不夠靈活。在借鑒光伏電池模擬電源、電力系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)模擬裝置的設(shè)計(jì)思路[6-8],同時(shí)引入風(fēng)力機(jī)的靜態(tài)、動態(tài)特性的基礎(chǔ)上,本文提出一種新的基于電力電子技術(shù)的靜態(tài)組件模擬旋轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)方案。通過基于三相電壓源逆變器(voltage source inverter, VSI)構(gòu)成的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電源模擬裝置,實(shí)現(xiàn)對不同規(guī)格的風(fēng)力機(jī)-發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的模擬,便于在不具備機(jī)電傳動裝置和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的條件下展開風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流器的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。該方案具有模塊化的可擴(kuò)展性、控制結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),能夠有效地縮短風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流器的研發(fā)周期和成本,加速新產(chǎn)品、新技術(shù)的研發(fā)。
考慮到風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)相連,當(dāng)風(fēng)速變化或者風(fēng)機(jī)變流器輸出功率調(diào)整時(shí),風(fēng)力機(jī)組的工作狀態(tài)會遵循下述運(yùn)動方程逐漸過渡到新的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn),即風(fēng)力機(jī)的動態(tài)特性:
如上圖所示,風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)分為上位機(jī)、模擬裝置控制器、發(fā)電機(jī)模擬裝置三部分。上位機(jī)程序基于LabVIEW 8.6 編寫,實(shí)現(xiàn)對模擬系統(tǒng)的參數(shù)在線修改和實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控;模擬裝置控制器的功能主要包括:與上位機(jī)的通訊、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的計(jì)算、采樣和SVPWM 發(fā)波控制等。
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作者簡介:
茆美琴(1961-),女,安徽蕪湖人,教授/博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)與可再生能源發(fā)電。