基于功率硬件在环仿真的风轮机模拟系统研究

【摘要】：环境污染和能源危机每况愈下，风能的开发和利用受到广泛关注。实验室作为科学研究的源泉和基地，建立风力发电模拟系统用于控制算法的开发、风力发电机性能测试等试验，具有重要的现实意义和应用价值。 本文采用功率硬件在环仿真技术实现风轮机模拟，缩短了风力发电系统的研发周期，减少了开发费用，降低了实际风力发电系统承受极限状况的风险，为深入研究系统的性能提供了有效路径。介绍了功率硬件在环仿真技术的发展现状，分析了基于功率硬件在环仿真的风轮机模拟系统中模拟控制策略的研究现状。 首先，阐述了风轮机的空气动力学原理，对GE1.5MW风轮机的风能利用系数曲线进行了函数拟合，基于相似理论验证了小功率风轮机模拟原理样机预测大功率风轮机运行特性的可行性，探索了风轮机缩比前后各参数的变化情况，对缩比前后的风轮机动静态特性进行了仿真研究，并分别在连续域和离散域对风轮机系统的稳定运行区域进行了理论分析。 其次，对基于功率硬件在环仿真的风轮机模拟系统中，常用的基于速度信号放大的模拟策略和基于加速度反馈实现转矩信号放大的模拟策略进行了研究，分析了现有风轮机模拟策略的优缺点，在此基础上提出了一种基于转矩伪微分反馈实现转矩信号放大的模拟策略，并在MATLAB/Simulink中对上述模拟控制策略进行了仿真分析，仿真结果验证了其有效性。 最后，构建了一套基于功率硬件在环仿真的风轮机模拟系统，对系统的硬件部分和软件部分进行了设计，在此基础上分别对基于速度信号放大的模拟策略、基于加速度反馈的模拟策略和所提出的基于转矩伪微分反馈的模拟策略进行了实验研究，实验结果验证了理论分析和仿真分析的正确性与有效性。