基于風(fēng)輪特性模擬的雙饋風(fēng)電機組發(fā)電實驗臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基于風(fēng)輪特性模擬的雙饋風(fēng)電機組發(fā)電實驗臺，其特征在于：實驗臺包括拖動系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、控制器及人機交互界面，拖動系統(tǒng)連接發(fā)電系統(tǒng)，拖動系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)均連接至控制器，控制器連接人機交互界面。本實用新型在不具備自然風(fēng)的條件下，利用拖動系統(tǒng)模擬風(fēng)輪特性，極大程度的滿足了實驗要求，同時拖動系統(tǒng)配有多種實驗，更加清晰的掌握風(fēng)輪特性，同時采用雙饋發(fā)電機作為發(fā)電系統(tǒng)的核心，方便研究其工作狀態(tài)及工作原理，不受自然條件及空間限制。
【專利說明】基于風(fēng)輪特性模擬的雙饋風(fēng)電機組發(fā)電實驗臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型提供一種基于風(fēng)輪特性模擬的雙饋風(fēng)電機組發(fā)電系統(tǒng)，能夠通過拖動 電動機模擬風(fēng)電機組風(fēng)輪特性，同時對雙饋風(fēng)力發(fā)電機、變流器及控制策略進(jìn)行實驗。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界對可再生能源的開發(fā)和利用速度迅速提高，作為可再生能源之一的風(fēng) 能，對其開發(fā)和利用速度成倍數(shù)增長，而作為主要獲取風(fēng)能手段之一的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，是人 們現(xiàn)階段及未來主要研究方向。而針對各大院校、風(fēng)電培訓(xùn)機構(gòu)及相關(guān)專業(yè)的研究人員，直 接在風(fēng)機上進(jìn)行實驗有許多困難。首先，風(fēng)電機組包含發(fā)電系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、偏航 系統(tǒng)等各系統(tǒng)組成，實現(xiàn)單獨發(fā)電部分實驗是不能完成的。其次，由于機艙空間狹小，無法 滿足多人實驗。再有，自然風(fēng)是不可控制，需要周期性的觀察，添加了實驗難度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]實用新型目的:本實用新型提供一種基于風(fēng)輪特性模擬的雙饋風(fēng)電機組發(fā)電實驗 臺，其目的是解決以往各大院校、風(fēng)電培訓(xùn)機構(gòu)及相關(guān)專業(yè)的研究人員面臨的針對風(fēng)力發(fā) 電實驗困難的問題。
[0004]技術(shù)方案:本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]基于風(fēng)輪特性模擬的雙饋風(fēng)電機組發(fā)電實驗臺，其特征在于:實驗臺包括拖動系 統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、控制器及人機交互界面，拖動系統(tǒng)連接發(fā)電系統(tǒng)，拖動系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)均連 接至控制器，控制器連接人機交互界面。
[0006]拖動系統(tǒng)包括拖動電動機、拖動驅(qū)動器及拖動測速編碼器，拖動測速編碼器設(shè)置 在拖動電動機上，拖動測速編碼器及拖動電動機均連接至拖動驅(qū)動器，拖動驅(qū)動器連接至 控制器。
[0007]發(fā)電系統(tǒng)包括機側(cè)功率單元、網(wǎng)側(cè)功率單元、雙饋發(fā)電機、雙饋發(fā)電機編碼器和電 網(wǎng)監(jiān)測單元；雙饋發(fā)電機的發(fā)電機定子的一側(cè)通過聯(lián)軸器與拖動電動機連接，雙饋發(fā)電機 與拖動電動機同軸心設(shè)置，雙饋發(fā)電機編碼器設(shè)置在雙饋發(fā)電機的雙饋發(fā)電轉(zhuǎn)子的一側(cè)； 雙饋發(fā)電機的雙饋發(fā)電轉(zhuǎn)子連接至機側(cè)功率單元，雙饋發(fā)電機的發(fā)電機定子連接至網(wǎng)側(cè)功 率單元；雙饋發(fā)電機編碼器連接至機側(cè)功率單元，機側(cè)功率單元連接至控制器；機側(cè)功率 單元和網(wǎng)側(cè)功率單元之間相互連接，機側(cè)功率單元和網(wǎng)側(cè)功率單元均連接至電網(wǎng)監(jiān)測單 元，電網(wǎng)監(jiān)測單元連接至控制器。
[0008]優(yōu)點及效果:本實用新型提供一種基于風(fēng)輪特性模擬的雙饋風(fēng)電機組發(fā)電實驗 臺，其應(yīng)用拖動系統(tǒng)模擬風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，主控制器通過與拖動驅(qū)動器系統(tǒng)通訊，完全模擬實際風(fēng) 輪的運行狀態(tài)，同時應(yīng)用雙饋風(fēng)力發(fā)電機、變流器及控制策略來進(jìn)行實驗，達(dá)到其實驗效果 與實際機組一致的目的。
[0009]本實用新型在不具備自然風(fēng)的條件下，利用拖動系統(tǒng)模擬風(fēng)輪特性，極大程度的 滿足了實驗要求，同時拖動系統(tǒng)配有多種實驗，更加清晰的掌握風(fēng)輪特性，同時采用雙饋發(fā)電機作為發(fā)電系統(tǒng)的核心，方便研究其工作狀態(tài)及工作原理，不受自然條件及空間限制。
[0010]【專利附圖】
【附圖說明】:
[0011]圖1為本實用新型的拖動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本實用新型的發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為本實用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]【具體實施方式】:下面結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步的說明:
[0015]如圖3所示，本實用新型提供一種基于風(fēng)輪特性模擬的雙饋風(fēng)電機組發(fā)電實驗 臺，實驗臺包括拖動系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、控制器及人機交互界面，拖動系統(tǒng)連接發(fā)電系統(tǒng)，拖動 系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)均連接至控制器，控制器連接人機交互界面I。
[0016]如圖1所示,拖動系統(tǒng)包括拖動電動機7、拖動驅(qū)動器4及拖動測速編碼器12,拖 動測速編碼器12設(shè)置在拖動電動機7上，拖動測速編碼器12及拖動電動機7均連接至拖 動驅(qū)動器4，拖動驅(qū)動器4連接至控制器2。
[0017]該拖動系統(tǒng)主要是功能完成風(fēng)輪特性的模擬，模擬過程如下:
[0018]I)通過人機界面設(shè)定機組類型，可以模擬百千瓦至兆瓦級機組。
[0019]2)通過人機界面設(shè)定風(fēng)模型，可以模擬基本風(fēng)、自然風(fēng)、陣風(fēng)、漸變風(fēng)等風(fēng)模型。
[0020]3)通過控制與拖動驅(qū)動器通訊，使其控制拖動電機以給定的速度、轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)，同時 在拖動電機側(cè)安裝有拖動測速編碼器，作為拖動電機反饋信號。
[0021 ] 4)通過人機界面選擇，可以觀察風(fēng)輪轉(zhuǎn)速曲線，使其在脫網(wǎng)條件下，模擬風(fēng)機風(fēng)輪 轉(zhuǎn)速曲線及轉(zhuǎn)矩曲線。
[0022]5)通過設(shè)定風(fēng)模式，改變風(fēng)速值，從而更加靈活的觀察一段時間內(nèi)風(fēng)輪曲線的變 化。
[0023]如圖2所示，發(fā)電系統(tǒng)包括機側(cè)功率單元5、網(wǎng)側(cè)功率單元6、雙饋發(fā)電機8、雙饋 發(fā)電機編碼器13和電網(wǎng)監(jiān)測單元3 ;雙饋發(fā)電機的發(fā)電機定子10的一側(cè)通過聯(lián)軸器9與 拖動電動機7連接，雙饋發(fā)電機與拖動電動機同軸心設(shè)置，雙饋發(fā)電機編碼器13設(shè)置在雙 饋發(fā)電機的雙饋發(fā)電轉(zhuǎn)子11的一側(cè)；雙饋發(fā)電機的雙饋發(fā)電轉(zhuǎn)子11連接至機側(cè)功率單元 5，雙饋發(fā)電機的發(fā)電機定子10連接至網(wǎng)側(cè)功率單元6 ;雙饋發(fā)電機編碼器13連接至機側(cè) 功率單元5，機側(cè)功率單元5連接至控制器；機側(cè)功率單元5和網(wǎng)側(cè)功率單元6之間相互連 接，機側(cè)功率單元5和網(wǎng)側(cè)功率單元6均連接至電網(wǎng)監(jiān)測單元3，電網(wǎng)監(jiān)測單元3連接至控 制器。網(wǎng)側(cè)功率單元6與電網(wǎng)連接。
[0024]發(fā)電系統(tǒng)工作過程如下:
[0025]I)按照風(fēng)輪特性模擬過程中步驟I)和步驟2)，選擇機組模式及風(fēng)類型。
[0026]2)通過人機界面選擇發(fā)電機試驗的模式，分脫網(wǎng)運行和并網(wǎng)運行兩種模式。
[0027]3)脫網(wǎng)運行模式，拖動電機模擬風(fēng)輪運行，網(wǎng)側(cè)功率單元及機側(cè)功率單元工作，電 網(wǎng)檢測反饋參數(shù)進(jìn)控制器，但是控制器不給轉(zhuǎn)矩，脫網(wǎng)運行，此時觀察風(fēng)輪轉(zhuǎn)速曲線及發(fā)電 機轉(zhuǎn)速曲線。
[0028]4)并網(wǎng)率運行，拖動電機模擬風(fēng)輪運行，雙饋發(fā)電機工作，網(wǎng)側(cè)功率單元及機側(cè)功 率單元工作，控制器通過與機側(cè)及網(wǎng)側(cè)功率單元通訊，給定發(fā)電機轉(zhuǎn)矩，使系統(tǒng)直至滿發(fā)， 達(dá)到全功率運行。
[0029]5 )觀察雙饋發(fā)電機功率曲線，雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)速曲線，拖動電動機轉(zhuǎn)速曲線及電網(wǎng)功率參數(shù)的變化。
[0030]本實用新型中電網(wǎng)檢測3通過檢測網(wǎng)側(cè)功率單元6及機側(cè)功率單元5兩個點的 電量，反饋給控制器2，從而控制拖動系統(tǒng)級發(fā)電機系統(tǒng)的工作狀態(tài)；人機界面I與控制器 2連接，顯示各參數(shù)及系統(tǒng)的工作狀態(tài)，同時也是信號源，輸送指令給控制器2完成實驗；拖 動驅(qū)動器4與拖動電動機連接，同時拖動測速編碼器12作為拖動電動機轉(zhuǎn)速反饋信號給拖 動驅(qū)動器4 ;雙饋發(fā)電機8中的定子10與網(wǎng)側(cè)功率單元6連接，轉(zhuǎn)子11與機側(cè)功率單元5 連接，同時雙饋發(fā)電機編碼器13作為雙饋發(fā)電機8的轉(zhuǎn)速反饋信號傳輸給機側(cè)功率單元5。
[0031]本實用新型在使用時:首先:通過人機界面設(shè)定實驗?zāi)Ｊ?，通過控制器與拖動驅(qū) 動器控制拖動電動機，根據(jù)控制模式不同，可采取不同的拖動控制策略。通過輸入自定義 風(fēng)速值來控制拖動電動機轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩，并把輸出轉(zhuǎn)矩傳導(dǎo)到雙饋發(fā)電機的輸入軸，通過電 網(wǎng)反饋的信號判斷當(dāng)前發(fā)電機工作狀態(tài)是否達(dá)到要求，并通過控制機側(cè)功率單元改變發(fā)電 機端轉(zhuǎn)矩；當(dāng)選擇自然風(fēng)時，拖動驅(qū)動器按照自然風(fēng)周期來控制拖動電動機，雙饋發(fā)電機按 照拖動電動機的轉(zhuǎn)速運行；當(dāng)選陣風(fēng)或者漸變風(fēng)時，拖動驅(qū)動器按照設(shè)定的風(fēng)速曲線來運 行，啟動雙饋發(fā)電系統(tǒng)變流器，檢測雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子狀態(tài)和轉(zhuǎn)速信號，通過人機界面調(diào) 整變頻器的轉(zhuǎn)子勵磁電流。在前面調(diào)整過程中，通過電網(wǎng)檢測顯示單元觀察雙饋發(fā)電機的 定子電壓的大小，頻率，相位，如果符合并網(wǎng)要求，控制系統(tǒng)命令并網(wǎng)接觸器閉合，完成并網(wǎng) 過程。最后，再次調(diào)整拖動電動機的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩，包括變頻器的勵磁電流，觀察有關(guān)電量的 變化。電網(wǎng)檢測顯示單元包括電流傳感器，電壓傳感器，顯示單元等，其中電流傳感器安裝 在雙饋發(fā)電機定子側(cè)，電壓傳感器安裝在雙饋發(fā)電機的定子側(cè)和實驗室的電網(wǎng)側(cè)，檢測雙 饋發(fā)電機定子的電流和電壓、實驗室電網(wǎng)參數(shù)等。
[0032]本實用新型通過控制器來驅(qū)動拖動驅(qū)動器，使其控制拖動電動機模擬風(fēng)輪轉(zhuǎn)動特 性；通過控制器控制機側(cè)及網(wǎng)側(cè)功率單元，使雙饋發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電，其具體特點如下:
[0033]采用拖動系統(tǒng)模擬風(fēng)輪的特性，模擬風(fēng)機實際工況，實現(xiàn)對自然風(fēng)的模擬效果。
[0034]采用雙饋發(fā)電機作為發(fā)電部分，應(yīng)用機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器、電網(wǎng)檢測及控制器 作為系統(tǒng)部件。
[0035]采用電網(wǎng)監(jiān)測單元，可以得到電網(wǎng)側(cè)及發(fā)電機定子及轉(zhuǎn)子的電網(wǎng)特性。
[0036]采用工業(yè)級智能化人機界面，可以監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，同時可以顯示風(fēng)輪曲線 及發(fā)電相關(guān)的曲線。
【權(quán)利要求】
1.基于風(fēng)輪特性模擬的雙饋風(fēng)電機組發(fā)電實驗臺，其特征在于:實驗臺包括拖動系 統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、控制器及人機交互界面，拖動系統(tǒng)連接發(fā)電系統(tǒng)，拖動系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)均連 接至控制器，控制器連接人機交互界面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)輪特性模擬的雙饋風(fēng)電機組發(fā)電實驗臺，其特征在 于:拖動系統(tǒng)包括拖動電動機(7)、拖動驅(qū)動器(4)及拖動測速編碼器(12)，拖動測速編碼 器(12)設(shè)置在拖動電動機(7)上，拖動測速編碼器(12)及拖動電動機(7)均連接至拖動 驅(qū)動器(4)，拖動驅(qū)動器(4)連接至控制器(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)輪特性模擬的雙饋風(fēng)電機組發(fā)電實驗臺，其特征在 于:發(fā)電系統(tǒng)包括機側(cè)功率單元(5)、網(wǎng)側(cè)功率單元(6)、雙饋發(fā)電機(8)、雙饋發(fā)電機編碼 器(13)和電網(wǎng)監(jiān)測單元(3);雙饋發(fā)電機的發(fā)電機定子(10)的一側(cè)通過聯(lián)軸器(9)與拖動 電動機(7)連接，雙饋發(fā)電機與拖動電動機同軸心設(shè)置，雙饋發(fā)電機編碼器(13)設(shè)置在雙 饋發(fā)電機的雙饋發(fā)電轉(zhuǎn)子(11)的一側(cè)；雙饋發(fā)電機的雙饋發(fā)電轉(zhuǎn)子(11)連接至機側(cè)功率 單元(5)，雙饋發(fā)電機的發(fā)電機定子(10)連接至網(wǎng)側(cè)功率單元(6);雙饋發(fā)電機編碼器(13) 連接至機側(cè)功率單元(5)，機側(cè)功率單元(5)連接至控制器；機側(cè)功率單元(5)和網(wǎng)側(cè)功率 單元(6)之間相互連接，機側(cè)功率單元(5)和網(wǎng)側(cè)功率單元(6)均連接至電網(wǎng)監(jiān)測單元(3)， 電網(wǎng)監(jiān)測單元(3)連接至控制器。
【文檔編號】G09B23/18GK203455981SQ201320281896
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月22日
【發(fā)明者】劉穎明, 王曉東, 謝洪放, 王德贊, 李科 申請人:沈陽華人風(fēng)電科技有限公司