能源,是国民经济发展的重要物质基础,但常规能源短缺尤其石油等优质能源的短缺,已成为世界经济发展的瓶颈。风能是一种可大规模发展的可再生的替代能源,而风力发电系统构成及运行都非常复杂,在不具备风电场环境的实验室研究风力发电技术时,建立风力机模拟系统非常必要,这不仅可提高研究质量,而且可缩短研究进程,减少研究经费。 风力机模拟系统的研究在国内外仍是一个新课题,在分析目前风力机及其模拟方法的基础上,本文以实现风力发电的动态模拟为基本目标,设计了一套风力机模拟系统,该系统分为三部分:上位机、模拟系统和发电系统。 上位机是一台PC机,是整个系统的控制中心,其控制软件完成三个功能:界面、数值处理、上下位机之间的通讯;通过它实现信息的人机交换。 模拟系统主要包括DSP模拟控制器、变频器和模拟风叶轮的原动机三大部分。在综述目前风轮机及其模拟技术基础上,针对风力发电模拟技术的客观要求提出适合实验室环境的动态模拟算法;以DSP为核心构建了基于直接转矩控制(DTC)的风轮机模拟控制器,介绍了DSD软硬件设计,从而实现了风力机风轮机械特性的动态模拟。 变速恒频风力发电系统可获得最佳叶尖速比,实现最大风能捕获。无刷双馈风力发电机保留了交流励磁双馈发电的优点,所匹配的电力电子装置只需处理转差功率,容量大大降低,系统结构简单、牢固可靠。以无刷双馈发电机(brushless doubly-fed machine)为核心构建了变速恒频发电系统,介绍研究了无刷双馈电机的基本原理、推导相应数学模型和矢量解耦控制算法,实现变速恒频发电。 在仿真基础上设计了一套基于DSP的变速恒频风力发电模拟系统,实现了变速恒频风力发电模拟,同时验证了实验室最新研制的无刷双馈发电机的主要特性。