风力机和光伏电池特性的模拟研究

风力机与光伏电池模拟装置是新能源发电系统测试平台的重要组成部分。风力机模拟装置是模拟风力机的风速-转矩特性和风速-功率特性的输出装置，帮助被测对象实现准确的模拟运行环境。现有模拟装置通常采用电动机来模拟风力机，风速-转矩和风速-功率特性曲线由上位机软件模拟实现，上位机将转矩或功率指令发送给电动机（原动机）的驱动系统，控制电动机输出给定的转矩和功率，以模拟风力机特性，电动机与发电机同轴相连，带动发电机组。风力机模拟装置中的电动机可选用直流电动机^[13-15]或者交流电动机^[16，17]。直流电动机控制方式简单，在早期的模拟系统中得到了广泛应用，但其体积大、价格贵且维护成本高。随着交流电动机变频控制技术的发展，如今风力机模拟装置多采用交流电动机（三相异步电动机或同步电动机），结合矢量控制或直接转矩控制驱动。

风力机模拟可分为静态特性模拟和动态特性模拟^[18-24]。静态特性模拟仅对风力机的稳态转矩和功率特性进行模拟，忽略风力机的风剪、塔影、传动轴柔性，以及大惯量等动态特性。静态特性模拟中，原动机的控制过程简单，但不能准确反映实际的风力机特性，无法满足如最大功率点跟踪、抑制闪变等风电关键技术的研究需要。风力机的动态特性模拟可通过增加硬件设备或软件模拟来实现。硬件设备包括用于模拟风力机大惯量特性的飞轮和模拟风力机轴系柔性的齿轮箱。软件模拟通过建立完整的风力机动态模型，对原动机控制指令进行动态补偿修正，以模拟实际风力机的动态输出特性。

光伏电池模拟装置目前主要应用于光伏发电系统的MPPT效率测试，在低电压穿越测试中，不是必需的装置，与风力机模拟装置相比，其原理和控制方式较为简单^[25]，目前已有成熟的商业化产品，在功能及模拟精度上可满足测试需求。(www.xing528.com)

无论是风力机还是光伏电池的模拟装置，其核心都是对系统数学模型的准确模拟实现，关于风力机和光伏电池的数学模型可参考本书第3章和第4章的相关内容，此处不再一一介绍。