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能源、环境是当今人类生存和发展所需解决的迫切问题。从能源发展战略来看,人类必须寻求一条可持续发展的能源道路,寻找清洁绿色能源成为能源发展道路的重点和趋势。作为新能源中技术最成熟、最具规模开发条件及商业发展前景的可再生能源的风能,是缓解能源危机的有效手段和重要途径,近来风力发电事业发展迅猛,技术不断创新,发展前景巨大。
风力发电技术中,风能利用和风力发电机效率的提升必须首先依赖于实验室的研究,对于在不具备风场环境的实验室中进行开发、试验、测试必须建立一个能模拟风电场环境和装置的风力机模拟试验平台。即或是在风电场,由于受到仪器设备、自然环境以及生产发电的诸多限制,也不可能进行系统的研究工作。
本文在现有的技术基础上提出了一套先进的风力发电模拟试验平台解决方案,并搭建了试验平台,该平台具有实用性、通用性和可扩展性.
建立了风速数学模型:基于Weibull模型和ARMA模型的风速模拟方法,并用风电场的实测风速序列对其进行功率谱校正,使得模拟出来的风速序列最大可能接近风电场的真实情况。综合风轮输出理论,结合转矩脉动和塔影效应,给出风力机的风轮的气动转矩和电磁转矩输出模型。模拟了从风速的输入到转矩的输出过程,用异步机模拟风轮的输出特性以带动实际风力发电机(BDFM),由ACS800变频器(RMBA-01)驱动异步机带动发电机运行。构成半物理风力发电模拟实验平台,从而可以很好反映风电场的实际运行情况。
给出了模拟系统的整体框架,对其中的上位机部分(S3C2410A ARM)、模拟部分(主控制器,TMS320F2812 DSP)和发电机检测部分(TMS320F2812 DSP)的硬件各个组成部分,分别做了详细的阐述。
在算法仿真的基础上,在相应的软件设计平台上给出了系统整体软件实现,包括各模拟模型的软件设计、人机界面设计、输出采样检测软件设计和系统的通信实现(modbus)。
最后在实验室搭建了实际的风力发电模拟试验平台,给出了实验参数和结果,验证了风力发电模拟实验平台的可行性与实用性。