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1 绪论 风能是新世纪以来被人们投入广泛关注的一种新型清洁可再生能源。随着再一次信息革命的到来，人们越发关注对能源利用的环保和可持续。国内外能源方面的研究者们对风能和风力发电技术投入了极大的兴趣与人力物力进行研究[1-16,20-24]。在人们的不懈探索中，人们研究出了很多可以高效利用风能的方法和手段。 由于全球有效进行风场实验的地点数量的有限性和距离的限制性，人们追求是否可以在实验室内模拟实际风机的工作特性。实验室模拟具有一定的局限性，例如场地的有限，器材体积无法和实际风机相比等特点。尤其是在模拟较大额定功率和容量的风力机时，实验室条件更是捉襟见肘。于是在实验室内采用电动机来模拟风机的工作特性，通过计算机输入指令来控制输入的转矩和模拟的风速等值[20-33]。采用电动机模拟风机具有一定的优势，但是电动机的转动惯量和实际风机相比已然很小，为此为使输出特性能模拟实际风机，通过在算法上弥补，目前大都使用转动惯量补偿的方法[7,15,21,32]来进行实验室模拟。通过补偿转动惯量，使模拟的输出转矩等效于实际风机的转矩，相应的其他输出量也可以较好地进行模拟。 本篇论文先是介绍了转动惯量补偿算法的原理，分析了使用该种方法后输出失效的原因。接着对结果进行了分析，得出了失效原因。最后通过查阅文献采用加入一阶低通滤波器的方法[3,5,7-16]使得输出结果稳定，通过仿真和实验分别证明了该种方法的有效性。 本章对全篇论文进行了布局，先说明了选择该课题的背景和意义。紧接着对国内外在风力发电模拟实验中风力机模拟器转动惯量补偿的研究做了一定的总结和整理[1-8]，并对其中有些方法进行了说明和比较。在本章的最后说明了本篇论文主要采用的风力机模拟器转动惯量补偿算法及其改进[5]。最后对本文所进行的工作进行了总结。
1.1 选题背景和意义
1.1.1 选题背景 能源是人类赖以生存和发展的基石，从过去的一个世纪以来，人们使用的能源主要是煤和石油等化石燃料。但是该类能源的使用会对环境造成大量的污染破坏，引发温室效应等一列可怕后果。因此新世纪以来，人们不断寻找可以代替化石能源的新能源与新材料。其中风能作为一种清洁的可再生能源引起了人们的广泛兴趣和深入研究。风力发电是以风能作为原动力，用风来推动风轮运转作为原动机，进行发电的过程。在全球生态环境恶化和化石能源逐渐枯竭的双重压力下，对新能源的研究和利用已成为全球各国关注的焦点。除水力发电技术外，风力发电是目前所有新能源发电技术中最成熟开发规模最大并且最具有商业化发展前景的发电方式。由于其在改善生态环境、优化能源结构和促进社会经济可持续发展等方面的突出作用，目前世界各国都在大力发展和研究风力发电及其相关技术[3-12]。 由于实际场地的限制，在风力发电机场研究风力发电的过程会耗费大量的财力和物力，因此人们希望在实验室可以模拟风力发电的过程，并对其结果进行研究从而对风力发电机进行改良。 为了开展实验室风电实验，构建了风力机模拟实验平台。但是实际机组由于体型巨大等因素，实际风机的转动惯量较大，实验室的模拟风机达不到实际风机的大小，两者的转动惯量有较大差距，因此平台通过动态转矩补偿方式实现了小转动惯量平台模拟大转动惯量风力机的目的。但是在实验室的模拟实验中，我们发现风力机模拟器存在运行发散的现象，这导致了模拟实验无法正常进行。因此从补偿环节入手，通过改进其补偿算法，使得我们可以在实验室通过风机模拟器模拟实际风机[7]。其中，补偿环节算法的优劣决定了我们能否模拟实际风机。
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