基于级联型变流器的风力发电系统模拟研究

2．3 风力发电系统仿真研究

建立风力发电系统模拟系统的仿真，仿真过程为带载启动，电机附加一定值的负载转矩，转速给定变化采用给定50N·m的负载转矩，转矩与转速的示意图如图2所示，转矩与转速的关系如图3所示，转矩与转速的理论示意图如图4所示。图3波形表征了转矩与转速的关系曲线，也就表征了异步电机对风轮机的模拟情况，与理论情况相一致，通过仿真结果说明模型的建立是正确的。



            
               
               
               





3 硬件部分设计

本实验所采用的是单元串联多电平PWM电压源型级联型变频器，采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。该变频器对电网谐波污染小，输入功率因数高，不必采用输入滤波器和功率因数补偿装置。输出的波形好，不存在由谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动、噪声，可以使用普通的异步电动机。

变频器分为A、B、C三相，每相有5个功率单元，整体采用的是核心板加功率单元的控制结构，两部分均是DSP+FPGA的主控制板，核心板与功率单元通过光纤相连。功率单元的主控板与IGBT采用光藕隔离器件相连，这样可以有效防止线路串扰以及其它各种干扰。变频器控制示意图见图5。



4 实验结果

根据本文提出的风力机风轮模拟系统以及控制方法进行了模拟。实验所模拟的是风速为12m／s的风机，变频器输出电压的频率变化如图6所示。三相线电压的波形如图7所示。





5 结束语

本文在总结目前风轮模拟器的基础上提出了基于直接转矩控制的异步电动机的风力机风轮模拟装置，仿真结果表明本文所提出的方法可以很好地模拟风机的机械特性，而且该方法只需在改变软件参数的情况下模拟不同类型的风机。基于异步电动机的风力机模拟方法，可为实验室环境下进一步研究风力发电系统提供基础。