分布式发电及其实验系统的设计(4)

法优化后的直接转矩控制就能使系统有很好的动态响应效果。在风力发电机模拟系统中，仍以风速作为系统的输入。根据风力机的数学模型计算风力机在给定风速下的输出功率和转速，得出异步电动机的控制指令，使异步电动机输出与风力机相同的转速和功率，达到利用异步电动机模拟风力发电机的目的。

模拟系统结构如图7所示，系统根据输入的风速信号和电机的转速反馈信号，利用风力机的数学模型计算出电动机的控制指令。采用模糊直接转矩控制异步电动机，模拟风力机带动发电机发电。图中：T*和T分别为原动机的给定转矩和实测转矩；ψ*和ψ分别为原动机给定磁链幅值和实测磁链幅值；θ为实测的原动机磁链角度；v为风速。

3.2 储能系统与负载

在整个实验系统中，负载可以是电动机负载，变阻箱负载，以及实验室的照明和其他用电设备；由于需要模拟各种环境状况下的系统运行情况，其中包括光照和风速都比较充足的时候，系统由多余的能量需要存储起来，所以在系统中储能设备也是必不可少的。负载储能系统主要采用蓄电池，所以本文主要就蓄电池的充放电做简单介绍。

以铅酸电池为例，在充电过程中，铅酸电池负极板上的硫酸铅逐渐变为铅，正极板上的硫酸铅逐渐变为二氧化铅，放电则为其逆过程。对于充电过程，蓄电池的充电电压和电流都不宜过高，对于端电压为12V的蓄电池，正常的浮充电压在13.5~13.8V之间；蓄电池充电电流一般以C来表示，如果是100Ah的蓄电池:C为100A，一般铅酸免维护蓄电池的最佳充电电流为0.1C左右，充电电流决不能大于0.3C。对于放电过程，放电电流和放电深度也不宜过大，放电电流越大，蓄电池的效率越低。例如，12V/24Ah的蓄电池当放电电流为0.4C时，放电至终止电压的时间是1小时50分，实际输出容量17.6Ah，效率为73.3%。当放电电流为7C时，放电至终止电压的时间仅为20s，实际输出容量0.93Ah，效率为3.9%。所以应避免大电流放电，以提高蓄电池的效率。一般电路设计和用户选择负载时，都要保护蓄电池逆变放电电流不超过2C；放电深度对蓄电池使用寿命的影响也非常大，蓄电池放电深度越深，其循环使用次数就越少，当蓄电池放电深度为100%时，蓄电池实际使用寿命约为200~250次充放电循环；放电深度为50%

[8]

时，约为500~600次充放电循环。因此，对于蓄电池的充放电控制技术的研究就显得尤为重要。

图7 风力发电模拟系统结构

Fig.7 Structure of the wind power simulation system

（2）最大风能捕获原理

最大风能捕获的实质就是寻求一个最大风能利用系数Cpmax，从图8可以看出，只有当叶尖速比λ =λm时候Cp取得最大值为Cpmax。所以问题又转化为

λ=寻找风力机的最佳叶尖速比λm，

2πRnωR

=为vv

风轮叶尖的线速度和风速的比值，所以在测得风速的

前提下便可以相应地调整转速以达到最大功率输出的目的。另外还有爬山法也是一种比较有效的方法，其原理和光伏发电的最大功率跟踪类似，通过改变转速来观察功率的变化情况，其调整方法可以用△ω=k(△P/△ω)来表示，这种方法的优点是不需要知道风速便可以实现最大风能捕获，缺点是调整过程比较繁琐[7]。

3)生物质能源发电试验系统

而在实验室环境下，主要是研究发电及其控制技术，所以就用沼气或液化气代替生物气化的过程直接向内燃机提供燃气进行发电。以沼气发电系统为例，系统结构如图9所示，主要由沼气池(负责将生物腐烂物、动物粪便、城市垃圾或污水转化为沼气)、内燃机(将沼气转化为电能)和变压器(将发电机发出的电转化为用户需要的或可以并网的电压)组成。

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