高小法1，潘再平2
（1．台州电业局，浙江临海317000；
2．浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027）
0引言
当今世界各国对环保问题都十分关注，风能作为一种无污染的绿色能源，越来越受到人们的注意。我国的风能资源比较丰富，国家有关部门对发展风力发电也非常重视。而风能是一种能量密度较低，稳定性较差的能源，要充分利用风能，就必须对风力发电技术，尤其是对能有效利用风能资源的变速恒频风力发电技术进行充分的研究。本文介绍了一种简单实用的模拟风车驱动系统。
要进行风力发电技术的研究，最理想的方法是将发电机与风车直接相连，在现场做实验。但这样做所需的研究经费比较多、研究时间比较长。因此，有必要在实验室构造风力发电实验平台（能模拟风车特性的驱动系统），从而解决在实验室里进行风力发电技术研究的问题。本文介绍了一种简单实用的模拟风车驱动系统。
1模拟风车原理
模拟风车驱动系统由直流电动机、三相全控整流电路、微机控制系统等组成。由于直流电动机的机械特性（图1）与风车的机械特性（图2）相差很大，因此，需要对直流电动机的特性进行改造，使其以风车的特性运行。
图1中α1、α2、α3为三相整流电路的控制角，图2中的v1、v2、v3为风速。考虑直流电动机不工作在轻载、空载状态，即可将直流电动机的机械特性延长至纵坐标，如图1中的虚线所示。
模拟风车系统中采用直流电动机来模拟风车，在直流电动机励磁保持不变的条件下，直流电机电枢电流id即可代表直流电机的电磁转矩m。图3为直流电动机机械特性改造成风车特性的示意图。
在系统中，将特定风车在不同风速下的机械特性制成表格存放在微处理器的存储器中，当给定风速为v1时，则选定对应v1的风车特性。假定模拟风车驱动系统的工作点为a点，此时相对应的直流电机机械特性的理想空载转速是n0a，电机的负载电流为ida。当风车负载转矩发生变化，由ma变到mb（对应电机负载电流idb），则可找出风速v1特性上的工作点b，此时对应的直流电机机械特性的理想空载转速是n0b。若设系统工作点仍为a点，如风速发生变化，从v1变到v2，而风车负载转矩未变，则此时的工作点为风速v2特性上的c点，对应的直流电机机械特性的理想空载转速是n0c。在系统中，可根据不同的理想空载转速决定可控整流桥的移相控制角，从而使风车模拟系统的输出特性与风车的输出特性相同。
2系统实现
图4给出了风车模拟驱动系统的原理图。pc机给出的风车信息传递给由8031单片机组成的控制系统，从而确定当前风速下的风车特性。利用lem元件对直流机的电枢电流（磁通不变时，相当于电磁转矩）进行检测，根据该电流值找到在当前风速时风车特性曲线上对应的点，而这一点又必定落在某一直流机特性曲线上，由此交点能找出对应的直流电机空载转速，从而得出唯一对应的移相控制角α。而α值的调节可通过改变单片机中定时器的延时时间td来实现。同时，可在系统中引入转速反馈构成转速pi调节器来稳定系统运行。
图5所示的是实验系统的测试结果，该图的横坐标为直流电机电枢电流，纵坐标为电机的转速，图中给出了两种风速时风车机械特性的给定数据和实测数据，两者基本吻合。
3结论
经样机实验证明，本文介绍的风车模拟驱动系统具有结构简单、运行可靠、能较好地模拟风车输出特性的特点。利用上述风车模拟驱动系统，可在实验室里进行风力发电技术的研究和风力发电系统试验，从而达到既能模拟实际风车运行特性，又能缩短研究周期、节省研究费用的目的。
参考文献
［1］李勤．无刷双馈风力发电机系统的研究［d］．杭州：浙江大学出版社，2001．
［2］叶杭冶．风力发电机机组的控制技术［m］．北京：机械工业出版社，2002．
