基于IEC標準的虛擬式中小型風力發(fā)電機功率特性測試系統(tǒng)的研究.pdf

1、相比于大型風力發(fā)電系統(tǒng),中小型風力發(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)或獨立運行。在評估中小型風力機性能的眾多指標中,功率特性最為重要。目前,國際上有關風力發(fā)電機功率特性測試最權威的標準是IEC61400-12-1。目前對于中小型風力發(fā)電機功率特性測試系統(tǒng)的研究,普遍存在著造價昂貴、測試攜帶不方便和沒有實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的自動分析和處理等問題。因此,研制出造價低、便攜性、能夠自動地處理和分析實驗數(shù)據(jù),并且滿足IEC61

2、400-12-1標準的高精度中小型風力發(fā)電機功率特性測試系統(tǒng),對中小型風力發(fā)電系統(tǒng)的設計和改進具有現(xiàn)實的理論和工程指導意義。
　　本文在詳細分析風力發(fā)電機功率特性測試原理的基礎上,依照虛擬儀器設計原則和IEC61400-12-1標準對中小型風力發(fā)電機組功率特性測試的相關規(guī)定,利用虛擬儀器LabVIEW2011軟件和Matlab2010a軟件,并整合相應的硬件設施,開發(fā)了一套適合于中小型風力發(fā)電機功率特性的測試系統(tǒng)。
　　論文

3、首先查閱大量文獻資料,了解了近年來國內外學者在中小型風力發(fā)電機性能改進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標準的中小型風力發(fā)電機功率特性測試和認證工作的必要性。
　　第二,詳細介紹了風力發(fā)電機功率特性測試的基本理論以及IEC61400-12-1標準對中小型風力發(fā)電機功率特性測試的相關要求,并結合虛擬儀器系統(tǒng)的設計原則,確定了測試系統(tǒng)的設計流程圖和總體結構。
　　第三,根據(jù)測試系統(tǒng)的總體設計

4、方案和IEC61400-12-1標準以及國標對中小型風力發(fā)電機功率特性測試硬件設備的相關要求,完成了系統(tǒng)的硬件選型和設計。包括對傳感器、變送器、數(shù)據(jù)采集卡的選型,考慮實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,對測試機箱和電池模擬器進行了設計。
　　第四,根據(jù)IEC61400-12-1標準對中小型風力發(fā)電機功率特性測試數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)修正的要求,以LabVIEW2011為軟件開發(fā)平臺,具體實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)設置、測試

5、工況調節(jié)、軟件消除零點誤差的設計以及測試數(shù)據(jù)的修正、存儲和顯示。并對測試系統(tǒng)的精度進行了分析。
　　第五,根據(jù)IEC61400-12-1對中小型風力發(fā)電機功率特性測試數(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)進行處理和分析,得到中小型風力發(fā)電機標準化到ρ0的功率曲線、實際輸出功率的散點圖、Cp曲線以及年發(fā)電量估算值。
　　最后,參照GB/T19068.3-2003標準對離網(wǎng)型風力發(fā)

6、電機風洞試驗方法的相關要求,在回流式風洞,對500W離網(wǎng)型風力發(fā)電機進行了模擬自然風況的功率特性測試試驗。測試結果表明:該風力發(fā)電機啟動風速約2m/s,切入風速約為3m/s,在風速約為10m/s時,達到額定功率500W,在風速約為6.5m/s時,Cp達到最大值0.3。另外,參照IEC61400-12-1對中小型風力發(fā)電機功率特性測試的要求,在內蒙古達茂旗水利部牧區(qū)水利科學研究所試驗中心的自然風場,對400W離網(wǎng)型風力發(fā)電機進行了功率特性

7、測試試驗。測試結果表明:該風力發(fā)電機啟動風速約2.5m/s,切入風速約為3.6m/s,風速約為12m/s時,達到額定功率400W,當風速約為6m/s時,Cp達到最大值0.32。綜合風洞試驗和風場試驗的測試結果可知:風力發(fā)電機的功率輸出散點圖較標準化到ρ0的測量功率曲線,更能全面地反映出風力機在同一輪轂高度風速下的運行狀態(tài);風場中所測風力發(fā)電機功率曲線的標準偏差較大,這是因為自然風況下的風速波動大,影響了風力發(fā)電機的穩(wěn)定運行。