文 献 综 述
一、研究背景及意义
风能已成为电力生产最有吸引力的能源之一，因为它几乎无污染清洁环保（如果噪声不被视为污染）。因此，大量的研究已被集中在新型风力机设计，以减少风力发电的成本，并使得风力机更加经济和有效。风力发电系统的研究涉及高性能的风力机模拟器，尤其是对最优控制模拟的设计。目前，风力机模拟器已经成为实验室里提高风能转换系统质量的必要工具。作为新技术和新理论孕育的摇篮，实验室内的先期研究和验证对风电技术的发展和前进起着重要的引导和推动作用。但是受条件限制，实验室通常不具备风场环境和风力机，尤其是大容量机组，这为风力发电技术的实验研究带来了很大的困难。
采用电动机在实验室内对风力机进行模拟是一种行之有效的解决方案，该方案实现灵活，变动软件就可以模拟不同性能的风力机。因此，探讨和研究如何精确的模拟风力机的真实特性，为风电系统的地面研究提供设备基础，具有重要的现实意义[1-9]。
用直流电动机风力机特性模拟器可以通过控制直流电动机的输出转矩与给定风速下风力机启动转矩相等的方法，可以模拟出稳态的风力机启动输出转矩。但在自然界中的风是随机变化的，很显然，上述模拟方法并不能准确真实反映风速从一个稳态到另一个稳态变化过程中的风力机输出特性。采用异步电机作为原动机，可以有效模拟风力机模拟器的动态工作过程。永磁同步电动机(permanent magnetic synchronous machine，PMSM)具有结构简单、功率 因数高、转速或转矩调节性能优越等优点，且随着永磁价格的不断下降，其竞争优势日益突出[10-11]。为此，本课题选择永磁同步电动机作为原动机。
二、国内外研究情况（研究方法）
通过查阅文献[12]可以发现，在目前的风力机模拟器的仿真实验中，实验室的前期探索对风力发电技术的发展起 着重要的推动作用。但是由于条件的限制，大多数实验室并不具备风场环境或者风力机，这很不利于一些新颖理论和技术的验证。为了加强风力发电技术的研发能力，必须要进行风力机模拟技术的研究。风力发电系统是将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的能量转化系统。而风力机在这个系统中就扮演着将风能转化为机械能的角色，故风力机的模拟本质上讲就是能量或者转矩的模拟。通过采取合适的控制策略，使整个风力机模拟系统符合实际的风力机特性，用其来驱动风力发电机，达到模拟真实自然界中风力发电系统工作的效果。
风力机的种类和样式很多，但按风轮结构和其在气流中的位置，大致可以分为两大类:垂直轴式风力机和水平轴式风力机。前者由于具有效率低等不利因素的影响，在商业主流设计中应用较少。目前，最为常见的风力机为水平轴、三叶片、上风向的结构。风力机主要由风轮(包括叶片和 轮毂)、塔架、偏航系统等部件组成。风力机是整个风力发电系统中能量转化的首要部件，作为要模拟的对象，对于其特性的准确计算是整个系统能否有效运行的关键。只有模拟出实际的风力机特性才能用其来考察、评价与测试 风力发电系统的性能。
目前国内很多学者大多只模拟了风力机的静态特性，例如文献[13-14]。很显然，如果只考虑静态特性简化风力机的模型，虽然易于实现，但是只模拟静态特性对考察整个系统没有实际意义。对风力机动态特性的模拟非常必要，因为只有模拟完整的风力机特性才能用其测试实际的风力发电系统，从而避免现场调试的困难。
在动态模拟的过程中，目前绝大多数文献[1-2,4,6-11]采用的方法是采用转动惯量补偿算法，以弥补风机模拟器动态过程中的转矩损失。在模拟风力机时，由于模拟机组与实际风力发 电机组(简称为实际机组)之间的转动惯量无法一致，且往往相差很大。若直接以风力机的静态转矩 (即机械转矩)对电动机进行控制，会造成模拟系统的动态过程与实际机组的动态过程出入较大。因此，希望能够对模拟系统施加适当的控制，使其同时达到对动态过程的完美复现。
