风模拟器简介

　　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。