风力发电模拟实验平台

直驱风力发电实验仿真平台技术方案一、直驱风力发电实验仿真平台设计初衷在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，风力发电已经成为绿色可再生能源的一个重要途径。

永磁直驱风力发电机不仅可以提高发电机的效率，并且因为发电机采用了永磁结构，省去了电刷和集电环等易耗机械部件，提高了系统的可靠性，而且不需要电励磁装置，能在增大电机容量的同时，减少体积。

另外，风力机的直驱化也是当前的一个热点趋势。

目前大多风力发电系统发电机与风轮并不是直接相连，而是通过变速齿轮连接，这种机械装置不仅降低了系统的效率，增加了系统的成本，而且容易出现故障，是风力发电急需解决的瓶颈问题。

直驱式风力发电机可以直接与风轮相连，增加了系统的稳定性，减少了维护工作，并且还降低了噪音。

因此鉴于诸多优点，国内各类科研单位，都青睐于对永磁直驱风力发电的研究。

那么，在风力发电产业蓬勃发展的国际环境下，风力发电水平不断提高。

科研实验室作为各种新理论和新技术的孕育摇篮，其先期的研究和验证对风电技术的发展和前进起着至关重要的引导和推动作用。

进行实验研究最直接有效的方法是将风力发电机与风力机相连，进行现场实际试验。

但是鉴于所需要的风场环境以及体积庞大、结构复杂的桨叶设备，实验室内不可能具备条件，只能在室外进行现场调试。

但是，受环境、自然因素、天气条件等影响，现场实验困难重重，比如：无法自由的对风速进行变化，某些高风速下的极限测试只能在极少数情况下得以实现，实验周期长，人力、物力、经费投入大；新理论和新技术存在诸多的未知数，实验结果的好坏难以预测，现场调试风险巨大；电气设备的运算和安装不便，不同容量设备难以在同一风力系统进行试验；这些因素都要求在实验室内构件模拟系统来模拟实际风力机的真实工作特性势在必行。

对此，南京研旭电气科技有限公司设计了一整套模拟定桨距式的永磁直驱风力发电的实验仿真平台。

通过此平台，研究人员可以研究永磁直驱风力发电机的真实工作特性，可以缩短研究和开发周期、节省研究经费，便于对风力发电系统的控制技术展开全面深入的研究，具有重要的显示意义。

风力发电仿真实验平台开发及应用王鹏;王武;张元敏【摘要】Each subsystem's simulation model in wind power generation system was analyzed. With Matlab/ Simulink software on the simulation platform, the development thought and system functions was also proposed. With application in a small stand-alone wind power generation system, the wind turbine, generator, and drive train can easily be simulated and with modularization design method, each subsystem can be simulated and integrated simulation can be realized. The simulation platform is easy to expand and cut. It is a technical support project for actual wind power generation system for optimal and control, which can shorten the control system development circle.%分析了风力发电系统中各个子模块的仿真建模方法,叙述了Matlab/Simulink平台下仿真平台的开发思路和系统功能.结合在小型脱网风力发电系统中的应用,给出了风力机模拟、发电机系统建模和传动链建模的具体方法.应用表明,采用模块化设计思想,能够实现风力发电系统中子模块的建模仿真及系统集成仿真,系统易于扩展,可裁剪性高,该系统控制平台可灵活应用于风力发电系统的优化与控制,缩短控制系统的开发周期,为风力发电系统投入实际工程应用提供良好的技术支持.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2012(029)004【总页数】3页(P81-83)【关键词】风力发电系统;仿真平台;控制策略;电力电子【作者】王鹏;王武;张元敏【作者单位】许昌学院电气信息工程学院,河南许昌461000;许昌学院电气信息工程学院,河南许昌461000;许昌学院电气信息工程学院,河南许昌461000【正文语种】中文【中图分类】TM743;TK83随着环境的恶化以及能源的日益匮乏，可再生能源的开发利用逐渐提上日程［1－2］。

直驱风力发电实验仿真平台技术方案一、直驱风力发电实验仿真平台设计初衷在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，风力发电已经成为绿色可再生能源的一个重要途径。

永磁直驱风力发电机不仅可以提高发电机的效率，并且因为发电机采用了永磁结构，省去了电刷和集电环等易耗机械部件，提高了系统的可靠性，而且不需要电励磁装置，能在增大电机容量的同时，减少体积。

另外，风力机的直驱化也是当前的一个热点趋势。

目前大多风力发电系统发电机与风轮并不是直接相连，而是通过变速齿轮连接，这种机械装置不仅降低了系统的效率，增加了系统的成本，而且容易出现故障，是风力发电急需解决的瓶颈问题。

直驱式风力发电机可以直接与风轮相连，增加了系统的稳定性，减少了维护工作，并且还降低了噪音。

因此鉴于诸多优点，国内各类科研单位，都青睐于对永磁直驱风力发电的研究。

那么，在风力发电产业蓬勃发展的国际环境下，风力发电水平不断提高。

科研实验室作为各种新理论和新技术的孕育摇篮，其先期的研究和验证对风电技术的发展和前进起着至关重要的引导和推动作用。

进行实验研究最直接有效的方法是将风力发电机与风力机相连，进行现场实际试验。

但是鉴于所需要的风场环境以及体积庞大、结构复杂的桨叶设备，实验室内不可能具备条件，只能在室外进行现场调试。

但是，受环境、自然因素、天气条件等影响，现场实验困难重重，比如：无法自由的对风速进行变化，某些高风速下的极限测试只能在极少数情况下得以实现，实验周期长，人力、物力、经费投入大；新理论和新技术存在诸多的未知数，实验结果的好坏难以预测，现场调试风险巨大；电气设备的运算和安装不便，不同容量设备难以在同一风力系统进行试验；这些因素都要求在实验室内构件模拟系统来模拟实际风力机的真实工作特性势在必行。

对此，南京研旭电气科技有限公司设计了一整套模拟定桨距式的永磁直驱风力发电的实验仿真平台。

通过此平台，研究人员可以研究永磁直驱风力发电机的真实工作特性，可以缩短研究和开发周期、节省研究经费，便于对风力发电系统的控制技术展开全面深入的研究，具有重要的显示意义。

南京研旭电气科技有限公司风电实验平台直驱式风力发电实验平台方案南京研旭电气科技有限公司风电实验平台1 直驱式风力发电基本原理直驱式风力发电系统采用风力机和永磁多极同步发电机直接耦合，省去了齿轮箱，永磁多极同步发电机的转子为永磁式结构，无需外部提供励磁电源。

永磁多极同步发电机的风电机组发出频率变化的交流电，通过整流器整流成为直流电再通过逆变器变换为频率恒定的交流电送入电网，所产生的电能都要通过变频器送入电网，变频器容量和风力发电系统的容量相同。

在直驱式风力发电系统如图1所示，变流器及控制部分的组成及作用如下：<l>发电机侧变流器。

自关断器件(IGBT等)构成AC／DC变流器，采用一定的控制方法将发电机发出的交流电转换为直流电，并且保证发电机输出电流为正弦；<2>直流环节。

一般直流环节的电压控制为恒定；<3>电网侧变流器。

自关断器件构成的DC／AC 变流器，采用某种控制方法使直流电转变为三相正弦交流电(50Hz)，并能有效补偿电网功率因数。

图1 直驱式风力发电系统主电路拓扑2 研旭直驱式风力发电实验平台性能分析及控制方案类似于有刷双馈风力发电系统，连接发电机定子的PWM变换器称为定子PWM变换器，连接电网的PWM变换器称为并网PWM变换器。

一般情况下定子PWM变换器工作在整流状态（因此又称之为PWM整流器），并网PWM变换器工作在逆变状态（因此又称之为PWM逆变器）。

PMSG 发出的电能经定子PWM变换器转换为直流电，中间直流母线并联大电容起稳压和能量储存缓冲的作用，最后经过并网PWM变换器转换为与电网同频的交流电馈入电网，并网PWM变换器与定子PWM变换器本休结构上完全相同，控制方案如图2所示。

PWM变换器可以根据需要工作在整流状态或逆变状态，能量可以双向流动（对双馈风力发电系统是必需的，但直驱式并网并不需要这种功能），定子侧电流和网侧电流的大小和功率因数都是可调的，整个双PWM变换器可以工作在四象限状态。

风力发电模拟实验平台详细说明作为目前最为成熟的新能源利用形式，风电的工业应用路径已经基本走通，并在逐步走向更加理性发展阶段，其应用形式和应用场景也逐渐扩展，陆上风电、海上风电、分布式小风电都在不断健康发展。

从能源在未来的缺口大小以及一种技术路径的工业化周期来说，风电在未来仍然有更大发展空间，以目前技术情况评价，仍有不少实际问题亟待解决。

另一方面，由于条件限制，实验室通常不具备风场环境或风轮机，这给实验室条件下的风力发电技术研究造成了不便。

PowerNex-Wind正是为了应对以上问题，大周历时3年专门为科研市场量身定做的科研实验平台。

它能够模仿不同特性的风力机，且支持任意设定风速变化曲线，不仅满足了实验室环境下对风力发电系统研究的需要，同时也加快了技术探索及产业化的进度，降低了研发及测试投资，具有很强的实用意义。

在此大背景下，由上海大周研发的PowerNex-Wind顺势而生！PowerNex-Wind系列（2kW—300kW）产品自正式发布，已经成功推出了PowerNex-Wind2K、PowerNex-Wind5k、PowerNex-Wind50k三款明星产品。

截止目前，该产品线订单以每年350%的增速增加，用户已涉及全国24个省市近100所科研机构，在我们的不断努力下，该产品已赢得国外用户关注，为将来走出国门迈出了探索性的第一步。

基于对PowerNex-Wind的市场反馈、以及研发推进计划的综合评估，大周决定在产品组织架构上进行一定调整，将PowerNex-Wind产品团队剥离，设立独立产品经理，负责该系列产品的全生命周期。

未来该团队将专注于PowerNex-Wind系列产品，围绕用户反馈的问题，结合产品研发规划，聚焦共性问题，调集内外部资源不断推进研发，实现产品在技术和使用简洁性上的不断演化。

根据产品研发需要以及该产品的运营情况，未来不排除该团队继续招募各专业人才并独立运作。

我们希望通过独立团队聚焦于单款产品的方式，在该系列产品上实现研发和运营的专注并持续推进，为用户提供最好的风电实验平台与风电技术。

基于半实物仿真的风力发电实验教学平台作者：潘春鹏郝正航来源：《贵州大学学报（自然科学版）》2020年第03期摘要：针对传统的风力发电教学实验平台功能单一、难以完全满足新工科建设对学生多维能力培养需求的现状，基于半实物仿真技术，设计了一种产学研一体化的风力发电控制装置研发及教学实验平台。

以OBE（基于学习产出的教育模式，Outcomes-Based Education）理念为指导，依托贵州大学通用实时仿真平台，以培养科学素养高、创新能力强、实践能力强的三位一体的复合型高级工程技术人才为目标，参考企业实际产品研发测试流程，通过采用先进的实时仿真技术，构建了适用于新工科建设的新一代实验教学平台，探索了产学研一体化的新工科人才培养路径。

关键词：风力发电;硬件在环;产学研一体化;新工科中图分类号：TM614; G642.423文献标识码： A风能是一种清洁的可再生能源，风力发电是风能利用的主要形式[1]。

一个完整的风力发电系统涉及的专业知识包括电机学、电力电子技术、自动控制、电力拖动等，而这些知识对应的是电气工程及其自动化专业的重要专业课。

因此，有必要把风力发电系统作为该专业创新综合应用类课程的实验教学实例[2]。

传统实物风力发电教学实验平台功能单一，多依托于固定的实物拓扑，以操作演示为主，缺乏创新性与拓展性;而纯数字仿真平台可以实现对控制算法的研究，却难以培养学生动手实践的能力。

为了实现学生创新、实践与科研多维能力的全面发展，高校自行研制基于半实物仿真技术的新型实验教学平台，已成为当前风力发电实验平台建设与探索的热点。

1 风力发电实验教学平台建设现状目前国内外对风力发电实验教学平台建设进行了很多的探索，但大多是实物实验平台或纯数字仿真实验平台。

文献[3]中建设了以小型永磁同步发电系统和LabVIEW监控系统组成的风力发电实验平台，可以实现完整风力发电过程的演示，帮助学生对风力发电建立直观的概念;文献[4]中通过对实际运行大型风力机进行实时数据的采集，配合3D动画技术，建立了一个交互式风力学习实验平台，形象地展示了风力发电的过程，让学生学习过程充满趣味性;文献[5]中建设了以可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller， PLC）、电机、风机和蓄电池组成的小型风力实验平台，学生通过调节风速按钮，可以观察风力发电功率曲线的变化，较为形象地展示了风力发电的实际情况。