Vacon變頻器在風力機模擬器中的應用
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1引言
目前風能是發展最快、最具競爭力的新能源之一。因此，風力發電成為各國學者研究的重點。近年來，風力發電技術的各個方面都得到了迅速的發展，各種新式的風力發電機、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，為了加強風力發電技術的研發能力，有必要發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電系統研究的實驗過程，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電系統的研究。風力機模擬裝置可以用于風力發電系統及其部件的開發和測試。
由于異步電動機具有穩定性好，維修費用低，工作時間長，且價格相對便宜等優勢，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，葉片直徑和槳葉節距角均有關系，是葉尖速比λ和槳葉節距角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。
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