1引言

目前風能是發(fā)展最快、最具競爭力的新能源之一。因此，風力發(fā)電成為各國學者研究的重點。近年來，風力發(fā)電技術的各個方面都得到了迅速的發(fā)展，各種新式的風力發(fā)電機、功率變流器、最大功率跟蹤算法、先進控制技術等都得到了廣泛的應用。大多數實驗室都沒有風電場或風力機，這很不利于對一些新式理論和技術的驗證，為了加強風力發(fā)電技術的研發(fā)能力，有必要發(fā)展一種能在實驗室模擬風力機特性的技術來簡化目前風力發(fā)電系統(tǒng)研究的實驗過程，加速新方法、新技術的研究周期。風力機模擬器（windturbinesimulator，WTS）可以在不依耐于環(huán)境和風力機的情況下模擬風力機特性，可以模擬不同的特性的風力機，而且可以任意設定風速的變化曲線，方便了實驗室對風力發(fā)電系統(tǒng)的研究。風力機模擬裝置可以用于風力發(fā)電系統(tǒng)及其部件的開發(fā)和測試。
由于異步電動機具有穩(wěn)定性好，維修費用低，工作時間長，且價格相對便宜等優(yōu)勢，因此，實驗室采用異步電動即進行風力機模擬器的載體。然而，異步電動機的控制相對復雜也是為大家所熟知的，本文采用Vacon公司的NX系列變頻器，實現了對異步電動機的“理想控制”，從而使異步機輸出曲線與風力機輸出曲線吻合，達到了模擬風力機特性的目的，同時，借助與Vacon公司變頻器的強大編程能力，模擬不同的風力機只需要改變相應的參數就可以實現，應用簡單、方便。

2風力機特性研究

根據空氣動力學可以知道，風力機的輸入功率是：

其中：ρ為空氣密度，A為風力機葉片掃掠面積，RW為葉片的半徑，v為風速。
風力機的輸出功率為：

其中CP為風能利用系數：

風能利用系數CP為風力機將風能轉換為機械能的效率，它與風速，葉片轉速，葉片直徑和槳葉節(jié)距角均有關系，是葉尖速比λ和槳葉節(jié)距角β的函數。
葉尖速比λ是風輪葉尖速度與風速之比:

由圖1可以看出，對于一臺確定的風力機，在一定風速和槳距角時，存在一個最大風能轉換系數，此時風力機輸出功率最佳。因此，在某一風速下，調節(jié)風力機轉速，使其運行在最佳葉尖速比條件下，就可以達到最大風能捕獲的目的。
對于風力系統(tǒng)來說，輸入機械轉矩特性非常重要，與之相對應的是風力機輸出功率與機械角速度之間的關系曲線，如圖2所示。

圖2　風力機輸出機械功率和機械角速度間的關系曲線

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