风力机模拟系统的仿真与实验研究

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风能作为一种可再生的清洁能源日益受到世界各国的广泛重视。将风能应用于发电则是目前最具竞争力、最有发展前景的一项可再生能源技术。风力机是整个风力发电系统能量转换的首要部件,它决定了整个风力发电系统有效功率的输出和机组的安全稳定运行。对于不具备风场环境的实验室里进行风力发电技术的研究,就需要一种模拟风力机来解决此问题。因此构造风力机的模拟实验平台就成为在实验室研究风力发电系统的关键,它将会对推动我国风力发电事业的发展有着重要意义。本文首先介绍了风能资源的开发利用以及风力发电系统的调节控制技术,其次阐述了风力机的运行特性和风力发电机组实现最大风能捕获的机理,给出了用经过特性改造的直流电机模拟风力机输出特性的控制方法,并用MATLAB软件进行了仿真并给出了仿真结果。其次介绍了采用TMS320LF2407ADSP作为核心控制器的风力机模拟系统实验平台的硬件设计,其中包括了主电路的结构和设计、PWM输出驱动电路的设计等,并给出了所设计的电路原理图以及相关的控制机理。最后介绍了TMS320LF2407ADSP控制器的特点以及相应的集成开发环境CCS,给出了PWM波形产生的方法、总的系统设计流程图和部分子程序的设计方案,并给出了系统的实验结果,将其与理论值进行了比较。本文的主要研究成果有:1.在将直流机和风力机的特性进行比较后,采用转矩控制的方案来模拟风力机的输出特性,并在MATLAB/Simulink下建立相应的仿真模型,通过仿真实验较好的实现了对不同型号风力机的特性模拟,且实现了最大风能追踪控制。2.在基于TMS320LF2407ADSP的风力机模拟系统的实验平台上,验证了硬件电路设计的正确合理性以及软件设计中控制算法实现的准确性和实时性,最后将实验结果与理论值相比较,验证了此模拟风机系统的良好特性。
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