赵仁德， 李忠玉， 何金奎

(中国石油大学(华东) 信息与控制学院， 山东 青岛 266580)



风力机输出特性的实验室模拟

赵仁德， 李忠玉， 何金奎

(中国石油大学(华东) 信息与控制学院， 山东 青岛 266580)

摘要：为了满足高校“风力发电”课程实验教学的需要，本文以西门子S7-300PLC和S120变频器为核心，构建了风力机输出特性的实验室模拟系统。通过在S7-300PLC中实现风力机模拟算法编程，使S120变频器按照风力机的输出特性对电动机的转矩进行控制。稳态和动态实验结果验证了风力机模拟的有效性。

关键词：风力机；风力发电；变频器

Establishment of a Lab Simulator of Wind Turbine

ZHAO Ren-de, LI Zhong-yu, HE Jin-kui

(CollegeofInformationandControlEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580，China)

Abstracts: A lab simulator of wind turbine is established based on Siemens S7-300PLC and S120 frequency converter to fulfill the requirement of experiment teaching in Wind Energy Generation course in university. Simulation algorithm is implemented by programming in S7-300PLC. The output torque of the electrical motor is controlled according to the wind turbine output characteristic by S120 frequency converter. The steady state and dynamic experiments were carried out and the results show the validity of the lab simulator.

Keywords:wind turbine； wind energy generation； frequency converter

0引言

随着国家对可再生能源重视程度的提高，各高校相继开设了“风力发电”课程。该课程需要实验环节配套，而如何在实验室中模拟风力机的输出特性，是“风力发电”实验教学的关键问题。

很多文献对风力机模拟的原理进行了阐述，而且提出了各种风力机实验室模拟的方案，如基于直流电动机的风力机模拟[1,2]，基于异步电动机的风力机模拟等[3-5]。这些方案均需要研制相应的电动机控制器，实现难度较大，更适合于科研，而不太适合于本科教学。为此，本文设计了一种基于西门子S7-300 PLC、S120变频器和三相异步电动机的风力机输出特性模拟方案，学生通过PLC编程就可以实现风力机的模拟。

1风力机的输出特性

设空气密度为ρ，风轮叶片半径为r，风速为v，风力机的转速为ωwt。则风力机轴上输出的机械功率和机械转矩为

Pmech=0.5Cp(λ,β)ρr2v3

(1)

(2)

式中Cp(λ,β)是风能利用系数，它反映风力机吸收风能的效率。……