基于IEC標(biāo)準(zhǔn)的虛擬式中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性測試系統(tǒng)的研究.pdf

1、相比于大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)投資小、靈活性好,可在高山、游牧民區(qū)、海島等地區(qū)并網(wǎng)或獨(dú)立運(yùn)行。在評估中小型風(fēng)力機(jī)性能的眾多指標(biāo)中,功率特性最為重要。目前,國際上有關(guān)風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性測試最權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)是IEC61400-12-1。目前對于中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性測試系統(tǒng)的研究,普遍存在著造價(jià)昂貴、測試攜帶不方便和沒有實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析和處理等問題。因此,研制出造價(jià)低、便攜性、能夠自動(dòng)地處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并且滿足IEC61

2、400-12-1標(biāo)準(zhǔn)的高精度中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性測試系統(tǒng),對中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)具有現(xiàn)實(shí)的理論和工程指導(dǎo)意義。
　　本文在詳細(xì)分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性測試原理的基礎(chǔ)上,依照虛擬儀器設(shè)計(jì)原則和IEC61400-12-1標(biāo)準(zhǔn)對中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率特性測試的相關(guān)規(guī)定,利用虛擬儀器LabVIEW2011軟件和Matlab2010a軟件,并整合相應(yīng)的硬件設(shè)施,開發(fā)了一套適合于中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性的測試系統(tǒng)。
　　論文

3、首先查閱大量文獻(xiàn)資料,了解了近年來國內(nèi)外學(xué)者在中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能改進(jìn)和功率特性測試等方面的研究成果。并指出開展符合IEC61400-12-1標(biāo)準(zhǔn)的中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性測試和認(rèn)證工作的必要性。
　　第二,詳細(xì)介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性測試的基本理論以及IEC61400-12-1標(biāo)準(zhǔn)對中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性測試的相關(guān)要求,并結(jié)合虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則,確定了測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖和總體結(jié)構(gòu)。
　　第三,根據(jù)測試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

4、方案和IEC61400-12-1標(biāo)準(zhǔn)以及國標(biāo)對中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性測試硬件設(shè)備的相關(guān)要求,完成了系統(tǒng)的硬件選型和設(shè)計(jì)。包括對傳感器、變送器、數(shù)據(jù)采集卡的選型,考慮實(shí)際測試過程中電子元件易受干擾和蓄電池不方便攜帶的問題,對測試機(jī)箱和電池模擬器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
　　第四,根據(jù)IEC61400-12-1標(biāo)準(zhǔn)對中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性測試數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)修正的要求,以LabVIEW2011為軟件開發(fā)平臺,具體實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)設(shè)置、測試

5、工況調(diào)節(jié)、軟件消除零點(diǎn)誤差的設(shè)計(jì)以及測試數(shù)據(jù)的修正、存儲和顯示。并對測試系統(tǒng)的精度進(jìn)行了分析。
　　第五,根據(jù)IEC61400-12-1對中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性測試數(shù)據(jù)處理方法的要求,基于Matlab2010a軟件平臺編寫了數(shù)據(jù)處理程序,可對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,得到中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化到ρ0的功率曲線、實(shí)際輸出功率的散點(diǎn)圖、Cp曲線以及年發(fā)電量估算值。
　　最后,參照GB/T19068.3-2003標(biāo)準(zhǔn)對離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)

6、電機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)方法的相關(guān)要求,在回流式風(fēng)洞,對500W離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行了模擬自然風(fēng)況的功率特性測試試驗(yàn)。測試結(jié)果表明:該風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速約2m/s,切入風(fēng)速約為3m/s,在風(fēng)速約為10m/s時(shí),達(dá)到額定功率500W,在風(fēng)速約為6.5m/s時(shí),Cp達(dá)到最大值0.3。另外,參照IEC61400-12-1對中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性測試的要求,在內(nèi)蒙古達(dá)茂旗水利部牧區(qū)水利科學(xué)研究所試驗(yàn)中心的自然風(fēng)場,對400W離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行了功率特性

7、測試試驗(yàn)。測試結(jié)果表明:該風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速約2.5m/s,切入風(fēng)速約為3.6m/s,風(fēng)速約為12m/s時(shí),達(dá)到額定功率400W,當(dāng)風(fēng)速約為6m/s時(shí),Cp達(dá)到最大值0.32。綜合風(fēng)洞試驗(yàn)和風(fēng)場試驗(yàn)的測試結(jié)果可知:風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率輸出散點(diǎn)圖較標(biāo)準(zhǔn)化到ρ0的測量功率曲線,更能全面地反映出風(fēng)力機(jī)在同一輪轂高度風(fēng)速下的運(yùn)行狀態(tài);風(fēng)場中所測風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差較大,這是因?yàn)樽匀伙L(fēng)況下的風(fēng)速波動(dòng)大,影響了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。