风电作为前景广阔的新能源,在生产生活中起着越来越重要的作用,成为当前新能源领域的研究热点。目前众多实验室都不具备真实风场条件,风力发电的实验研究有一定的难度。为了解决这一问题,本课题设计并实现了以无刷直流电机为原动机的小型风力发电模拟平台,分别对风力机系统的物理建模、转矩闭环控制、上下位机串口通讯、桨距自动调节等方面进行了设计。研究了风力机机轴上输出转矩与风速、风机叶片半径、桨距角、以及风力机当前转速之间的关系,得到了各个状态风力机的理论转矩,然后通过对无刷直流电机参数分析拟合出电流与转矩的线性关系,实现现有机组的转矩估算。采用霍尔传感器计算转速,并通过控制器的转速给定,控制现有机组使得其输出特性满足理论系统模型。为了克服传统PID控制器采样频率导致的整定问题,设计了闭环模糊控制器,在实际运行中取得了较理想的控制效果。风机模拟系统分为上位机和下位机,两者通过串口进行通讯。定义了串口收发的规则,使上下位机串口通讯以数据包形式发送接收,上位机监控与控制下位机运行。搭建了人机界面。通过调用ActiveX,实现了 Excel工作表的自动读取及工作数据的自动写入功能。对于风力机起动过程中的低扭问题,本设计通过对风机桨距角的自动调整达到了灵活改变风机转矩的目的。样机测试结果表明,本课题搭建的小型风力发电模拟平台符合预期要求,对实验室风力发电模拟系统提供了一定的研究基础。