【摘 要】
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风力机模拟器是有效开展风力机实验以深入研究风力发电技术的重要工具。由于模拟器的转动惯量远小于实际风力机转动惯量，模拟器须采取转动惯量补偿策略以复现实际风力机的慢机
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风力机模拟器是有效开展风力机实验以深入研究风力发电技术的重要工具。由于模拟器的转动惯量远小于实际风力机转动惯量，模拟器须采取转动惯量补偿策略以复现实际风力机的慢机械动态特性。然而实验表明应用该策略的风力机模拟器存在失稳现象并表现为剧烈的补偿转矩振荡。 本文首先分析归纳了模拟器失稳的具体实验现象及其规律。在此基础上建立了模拟器系统离散模型并指出转矩补偿回路中存在加速度计算时滞，同时通过稳定性分析证明其为系统失稳的关键因素而非现有文献所普遍认为的外部噪声干扰。物理机理上，基于时域响应分析指出加速度时滞会在模拟器系统中激发一个发散的偏差响应分量并直接引发系统振荡。故为抑制该偏差分量，本文设计了基于一阶数字滤波器的改进转动惯量补偿策略。然而在进一步实验中发现由于转矩补偿回路存在通信时滞，一阶滤波器无法准确消除偏差响应分量而出现失效。为此，针对同时含加速度时滞与通信时滞的风力机模拟器，本文提取了其关键部位并构建了线性离散常时滞系统。通过对该时滞系统进行时域分析重新推导了偏差响应分量并进一步设计了基于高阶滤波器的转动惯量补偿策略，其能够准确消除时滞所激发的偏差响应分量并稳定模拟器系统，使得小转动惯量的风力机模拟器能够稳定并准确地模拟实际风力机缓慢的机械动态。最后实验验证了该策略的有效性与改进模拟器的稳定性。此外，本文探讨了所设计的风力机模拟器在应用时存在的一些实际问题并提出了优化措施。
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