0引言风轮机模拟装置能为实验室内的风力发电技术研究提供近似风轮输出特性的原动机。目前已有的风轮机模拟装置都是采用直流电机电流控制方式来实现，而且，仅仅是在指定的风速下模拟风轮机的输出特性。它只能模拟风轮机的静态输出过程，不能反映动态过程的实时性[1]～[3]。本文建立了随机风速模型，输入近似实际风场的风速时变曲线，通过给定桨距角和转速反馈值计算出风力机的瞬态转矩。以矢量控制方式，通过变频器来控制异步电机的输出转矩，可以快速产生与瞬态风况相应的转矩，体现出良好的动态特性。1模拟系统构成模拟系统由上位机、数据通讯卡、变频器、异步电动机构成（图1）。风轮机输出特性模拟系统的设计王雷，楚峥,姚兴佳（沈阳工业大学风能技术研究所，辽宁沈阳110023）摘要：为了在不具备风场环境的情况下进行风力发电技术研究，设计了一套风轮机输出特性模拟系统。通过建立随机风速模型和风轮机转矩输出特性计算式，利用变频器控制异步电机的输出转矩来模拟风轮机的输出特性，使用所搭建的实验平台进行试验。试验结果表明，该模拟系统具有良好的动态实时特性，适用于在实验室内进行风力发电技术的研究工作。关键词：风力发电；风轮模拟；异步电机；矢量控制中图分类号：TK83文献标志码：A文章编号：1671-5292（2007）01-0062-04DesignofsimulatingsystemofwindturbineoutputcharacteristicWANGLei，CHUZheng，YAOXing-jia（WindEnergyInstitute&ShenyangUniversityofTechnology,Shenyang110023,China）Abstract：Becauseofnowindfarmcircumstanceinthelab,itishardtodotheactualexperimentexceptthetheoreticanalysisandthesimulationofcomputer.Inordertosolvethisproblem,thispaperproposedadesignofsimulatingsystemofwindturbineoutputcharacteristic.Thewindspeedmathematicalmodelisestablished,whichfeasibilityisconfirmedbytheactualwindspeeddata.Thecalculatingfunctionofwindturbinetorqueisalsoestablished.Byvectorcontrolling,convertorcontrolstheinductionmotortoimitatetheoutputcharacteristicofwindturbine.Theexperimentplatformisputup.Accordingtheexperimentresults,thesimulatingsystemhasgooddynamiccharacteristic.Itissuitabletoresearchthewindpowergenerationtechnologyinthelab.Keywords：windpowergeneration；windturbineimitation；asynchronousmachine；vectorcontrol收稿日期：2006-11-15。作者简介:王雷（1959-），男，辽宁沈阳人，副教授、高级工程师，从事电机技术研究和教学工作。E-mail：sjdlw999@163.com通讯作者：姚兴佳（1948-），男，辽宁抚顺人，教授，博士生导师，长期从事风能利用技术的研究工作。E-mail：xingjia@vbip.163.com可再生能源RenewableEnergyResources第25卷第1期2007年2月Vol.25No.1Feb.2007风轮机是能量转换装置，风轮机输出特性模拟的本质是能量或转矩的控制，而并非简单的速度调节。因此，正确的模拟思路应该是根据当前风速、机组转速和给定的桨距角，计算出风轮机的输出功率或转矩，将其作为异步电机的控制指令加以执行，本设计采用转矩控制方式来模拟风轮机的输出特性。2系统建模2.1风模型风移动的过程中，既有动能的变化，又有势能的变化。在一定时间和空间范围内，风速的持续变化是随机的，但从长期统计结果来看，风速的变化仍然具有一定的分布规律。为了模拟作用在风力机上风速随时间变化的特征，建立可靠的风速模型是非常重要的。从可实现角度出发，将自然风速简化为4种典型成分，即基本风VWB、阵风VWG、渐变风VWR和随机风VWN。在风力机正常运行过程中基本风一直存在，它决定了风力发电机向系统输送额定功率的大小，基本上反映了风电场平均风速的变化。它可以由风电场测风所得的韦布尔分布参数近似确定：VWB=A![1+1/K]（1）式中：VWB———基本风速，m/s；A，K———韦布尔尺度参数和形状参数；!———伽马函数。在风速变化的过程中，阵风描述风速突然变化的特性。VWG=0t
