根據(jù)美國能源部有關(guān)Wind Vision的研究，風(fēng)能預(yù)計(jì)將占總發(fā)電量的35%。在過去的幾年里，人們通過使用不同的電機(jī)并在不同的風(fēng)速特性下運(yùn)行 WTE 進(jìn)行了大量研究。其中一些實(shí)現(xiàn)是通過純建模和仿真或使用 MATLAB/Simulink、PSCAD 或 PSIM 等軟件工具的實(shí)時(shí)仿真來完成的。直流電機(jī)是常用的硬件；然而，也使用永磁同步電機(jī)（PMSM）和感應(yīng)電機(jī)。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)廣泛采用的轉(zhuǎn)換技術(shù)是基于交流/直流晶閘管的控制和直流/直流斬波器。

風(fēng)力渦輪機(jī)仿真器（WTE）通常是在實(shí)驗(yàn)室中設(shè)計(jì)和開發(fā)的。它是一個(gè)人工的、可控的、靈活的測(cè)試臺(tái)，模仿真實(shí) WECS 的行為。 WECS 的主要元素如圖 1所示。這是研究人員、設(shè)計(jì)師和工程師進(jìn)行研究、觀察和分析 WECS 工作的平臺(tái)。仿真包括系統(tǒng)操作和控制的復(fù)制。這使得能夠在類似于現(xiàn)實(shí)世界設(shè)置的受控環(huán)境中分析系統(tǒng)，而無需依賴物理設(shè)備和實(shí)際的可再生能源 。渦輪機(jī)特性被復(fù)制，以便該裝置可以在不同的風(fēng)速和槳距角下運(yùn)行。

圖 1：風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的主要元件

風(fēng)模擬器的設(shè)計(jì)和工作示例

可以使用速度或功率控制概念來控制風(fēng)力渦輪機(jī)。出于功率限制的考慮，通常采用具有快變槳機(jī)構(gòu)的變速控制。然而，使用定速功率控制技術(shù)的缺點(diǎn)是風(fēng)波動(dòng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械波動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致電波動(dòng)[4]。

WTE 可以構(gòu)建為包含與 PMSM 發(fā)電機(jī)耦合的直流電機(jī) [5]。可以通過使用 PSIM 軟件的傳統(tǒng) PI 控制器來實(shí)現(xiàn)控制。電機(jī)和發(fā)電機(jī)的預(yù)制模塊可用于此目的。粒子群優(yōu)化（PSO）技術(shù)可用于計(jì)算輸出功率的特性。值得注意的是，需要多次迭代才能達(dá)到優(yōu)化值，這導(dǎo)致穩(wěn)定時(shí)間較長。此外，當(dāng)運(yùn)行每個(gè) PSO 代碼時(shí)，會(huì)生成多個(gè)解決方案，然后在 Simulink 模型中對(duì)其進(jìn)行評(píng)估以找到估計(jì)。這是一種可靠的設(shè)計(jì)，但對(duì)于大型風(fēng)力渦輪機(jī)來說可能不是一個(gè)可行的選擇，因?yàn)樗枰罅坑?jì)算。

另一個(gè)設(shè)置選項(xiàng)是使用他勵(lì)直流電機(jī)模型來模擬風(fēng)力渦輪機(jī)的特性 [6]。由于旋轉(zhuǎn)盤的慣性和 PI 控制器的使用，可以通過振蕩觀察轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的變化。這種設(shè)置對(duì)于小型風(fēng)力渦輪機(jī)來說是不錯(cuò)的，但不建議用于大型風(fēng)力渦輪機(jī)，因?yàn)?WTE 中不希望出現(xiàn)振蕩。

風(fēng)能通常是間歇性的，因?yàn)樗哂须S機(jī)變化且不可控。當(dāng)風(fēng)能作為 WECS 的輸入時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生由風(fēng)力渦輪機(jī)提供的機(jī)械功率。這使得耦合發(fā)電機(jī)能夠提供可變功率。在現(xiàn)場(chǎng)安裝之前，需要對(duì) WECS 的性能進(jìn)行詳細(xì)分析。因此，風(fēng)力渦輪機(jī)模擬器（WTE）的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是安裝風(fēng)能系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟。