风模拟器简介

时间:2024-11-13
  根据美国能源部有关Wind Vision的研究,风能预计将占总发电量的35%。在过去的几年里,人们通过使用不同的电机并在不同的风速特性下运行 WTE 进行了大量研究。其中一些实现是通过纯建模和仿真或使用 MATLAB/Simulink、PSCAD 或 PSIM 等软件工具的实时仿真来完成的。直流电机是常用的硬件;然而,也使用永磁同步电机(PMSM)和感应电机。直流电机驱动广泛采用的转换技术是基于交流/直流晶闸管的控制和直流/直流斩波器。

  风力涡轮机仿真器(WTE)通常是在实验室中设计和开发的。它是一个人工的、可控的、灵活的测试台,模仿真实 WECS 的行为。 WECS 的主要元素如图 1所示。这是研究人员、设计师和工程师进行研究、观察和分析 WECS 工作的平台。仿真包括系统操作和控制的复制。这使得能够在类似于现实世界设置的受控环境中分析系统,而无需依赖物理设备和实际的可再生能源 。涡轮机特性被复制,以便该装置可以在不同的风速和桨距角下运行。

  图 1:风能转换系统的主要元件 
  风模拟器的设计和工作示例
  可以使用速度或功率控制概念来控制风力涡轮机。出于功率限制的考虑,通常采用具有快变桨机构的变速控制。然而,使用定速功率控制技术的缺点是风波动转化为机械波动,进而导致电波动[4]。
  WTE 可以构建为包含与 PMSM 发电机耦合的直流电机 [5]。可以通过使用 PSIM 软件的传统 PI 控制器来实现控制。电机和发电机的预制模块可用于此目的。粒子群优化(PSO)技术可用于计算输出功率的特性。值得注意的是,需要多次迭代才能达到优化值,这导致稳定时间较长。此外,当运行每个 PSO 代码时,会生成多个解决方案,然后在 Simulink 模型中对其进行评估以找到估计。这是一种可靠的设计,但对于大型风力涡轮机来说可能不是一个可行的选择,因为它需要大量计算。
  另一个设置选项是使用他励直流电机模型来模拟风力涡轮机的特性 [6]。由于旋转盘的惯性和 PI 控制器的使用,可以通过振荡观察转速随风速的变化。这种设置对于小型风力涡轮机来说是不错的,但不建议用于大型风力涡轮机,因为 WTE 中不希望出现振荡。
  风能通常是间歇性的,因为它具有随机变化且不可控。当风能作为 WECS 的输入时,它会产生由风力涡轮机提供的机械功率。这使得耦合发电机能够提供可变功率。在现场安装之前,需要对 WECS 的性能进行详细分析。因此,风力涡轮机模拟器(WTE)的设计和实现是安装风能系统的关键步骤。
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