專利名稱：多功能風(fēng)力發(fā)電模擬實驗平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電實驗?zāi)M系統(tǒng)領(lǐng)域，主要可用于在實驗室環(huán)境下模擬兆瓦級風(fēng)力機的實際運行特性，并可對等功率的風(fēng)力發(fā)電機輸出特性進(jìn)行測試的實驗裝置。
背景技術(shù)：
對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的開發(fā)與研究，最理想的方法是將發(fā)電機、傳動機構(gòu)與風(fēng)輪直接相連， 在風(fēng)力機實際運行過程的基礎(chǔ)上開展對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究工作。但由于實際風(fēng)機系統(tǒng)復(fù)雜，風(fēng)場環(huán)境惡劣，導(dǎo)致實驗難以實現(xiàn)，并耗費大量的人力、物力和財力。采用可以代替實際的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)來進(jìn)行實驗，風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)原動機的機械特性與風(fēng)力機風(fēng)輪一樣，大部分的實驗效果與用實際風(fēng)力機做實驗等同，并且一套風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)可以模擬不同功率特性等級的風(fēng)力機，風(fēng)速的變動波形可以設(shè)定，給風(fēng)力發(fā)電實驗帶來極大的方便?！讹L(fēng)力發(fā)電模擬實驗平臺》(申請?zhí)?00810220069.X)公開的是基于無刷雙饋發(fā)電機的風(fēng)力發(fā)電實驗平臺，考慮了動態(tài)模擬的情況；《一種基于雙饋發(fā)電機的風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)》(申請?zhí)?01010147802)公開的是基于雙饋發(fā)電機的風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)，可對發(fā)電機的有功功率、無功功率實現(xiàn)靈活控制，并對電網(wǎng)起到無功補償?shù)淖饔?；《一種變速恒頻風(fēng)力雙饋發(fā)電機實驗?zāi)M系統(tǒng)》(申請?zhí)?00510086939)公開的風(fēng)力發(fā)電模擬實驗平臺可以針對不同風(fēng)機模型進(jìn)行修改，并可模擬水力雙饋發(fā)電機的系統(tǒng)實驗；上述文獻(xiàn)公開的風(fēng)力發(fā)電模擬實驗平臺只能對與風(fēng)力發(fā)電機功率相等的風(fēng)力機的輸出特性進(jìn)行模擬，此類方法不能真實有效的反映兆瓦級風(fēng)力機的運行特性，而本實驗平臺可以對兆瓦級風(fēng)力機低轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)矩的運行特性進(jìn)行準(zhǔn)確模擬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可通過計算機控制算法對原動機進(jìn)行控制、拖動進(jìn)而模擬兆瓦級風(fēng)機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的特性，并可對等功率發(fā)電機的輸出特性進(jìn)行測試和實現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)的多功能風(fēng)力發(fā)電模擬實驗平臺。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述實驗平臺包括風(fēng)力模擬機部分、機械傳動部分和并網(wǎng)發(fā)電部分；風(fēng)力模擬機部分由三相異步電機I、控制器I、變頻器I、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器I 和減速齒輪箱組成，控制器I通過給定的風(fēng)速信號和采集到的轉(zhuǎn)速信號，在PC機中采用 VC++6.0開發(fā)的可視化MW級縮比風(fēng)力模擬機在線軟件實時計算出參考轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信號，對變頻器I輸出轉(zhuǎn)矩指令，由變頻器通過矢量控制原理控制原動機，拖動減速齒輪箱運行進(jìn)而實現(xiàn)對兆瓦級風(fēng)機的模擬；機械傳動部分主要由增速齒輪箱組成，由于兆瓦級風(fēng)機轉(zhuǎn)速范圍一般為lOr/minlOr/min，因此需要通過增速齒輪箱提升轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機工作在合適的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。并網(wǎng)發(fā)電部分由三相異步電機II、控制器II、變頻器II、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器II、 隔離變壓器和發(fā)電機構(gòu)成，控制器II通過MPPT控制算法實時計算發(fā)電機所需的轉(zhuǎn)速信號指令，并將該指令輸入到變頻器Π中，控制發(fā)電機保持在最優(yōu)轉(zhuǎn)速運行；發(fā)電機發(fā)出幅值、 頻率變化的三相交流電，經(jīng)過變頻器II進(jìn)行電能質(zhì)量轉(zhuǎn)換，變換成符合風(fēng)電并網(wǎng)導(dǎo)則要求的電再經(jīng)過三相隔離變壓器進(jìn)行并網(wǎng)。由于增速齒輪箱增速比和減速齒輪箱減速比基本相同，當(dāng)選擇減速齒輪箱的輸出端作為風(fēng)力模擬機時就可以模擬兆瓦級風(fēng)機特性；當(dāng)選擇增速齒輪箱的輸出端作為風(fēng)力模擬機時就可以模擬等功率的風(fēng)機特性。電機I采用的是變頻電機，電機II采用普通的三相鼠籠式電機?？刂破鱅使用的是研華的PCI-1716板卡，控制器II使用的是研華的PCI-1723板卡，均可采集數(shù)字模擬信號并發(fā)出數(shù)字模擬信號，通過PC機進(jìn)行控制。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器I、II可以將采集到的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率信號通過串口與PC機實現(xiàn)通訊。所述變頻器I為ABB的ACS550變頻器，變頻器II為ABB的ACS800變頻器，并分別由與PC機相連的板卡所發(fā)出的電壓信號進(jìn)行控制。本發(fā)明在PC機中采用VC++6.0開發(fā)了可視化風(fēng)力模擬機軟件，通過公式可以準(zhǔn)確的建立風(fēng)速模型，在實驗室條件下模擬實際的風(fēng)況，并可根據(jù)需要修改相應(yīng)的參數(shù)，從而建立不同的風(fēng)機模型；通過板卡I輸出給變頻器I相應(yīng)的電壓信號，對原動機的轉(zhuǎn)矩實時控制，達(dá)到對兆瓦級風(fēng)機轉(zhuǎn)矩特性的靜、動態(tài)模擬；利用MPPT算法實時計算參考的轉(zhuǎn)速信號， 通過板卡II輸出給變頻器II相應(yīng)的電壓信號，即可實現(xiàn)對兆瓦級風(fēng)機低轉(zhuǎn)速特性的模擬； 并最終可以在軟件上對風(fēng)力模擬機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率以及發(fā)電機的電流、電壓等信號進(jìn)行實時監(jiān)測與分析處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1、本發(fā)明可以準(zhǔn)確有效的模擬兆瓦級風(fēng)機的運行特性，并可對等功率發(fā)電機的輸出特性進(jìn)行測試。
2、本發(fā)明可以對不同的風(fēng)機模型進(jìn)行修改，具有很強的通用性。3、本發(fā)明開發(fā)的風(fēng)機模擬器軟件可以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率、電流、電壓等的在線監(jiān)測與分析。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的MPPT方法實現(xiàn)流程圖。圖3是本發(fā)明的變頻器與板卡之間的光耦連接圖a。圖4是本發(fā)明的變頻器與板卡之間的光耦連接圖b。圖5是本發(fā)明的控制流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明所述實驗平臺包括風(fēng)力模擬機部分、機械傳動部分和并網(wǎng)發(fā)電部分；風(fēng)力模擬機部分由三相異步電機I、控制器I、變頻器I、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器I和減速齒輪箱組成，控制器 I通過給定的風(fēng)速信號和采集到的轉(zhuǎn)速信號，在PC機中采用VC++6. 0開發(fā)的可視化MW級縮比風(fēng)力模擬機在線軟件實時計算出參考轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信號，對變頻器I輸出轉(zhuǎn)矩指令，由變頻器通過矢量控制原理控制原動機，拖動減速齒輪箱運行進(jìn)而實現(xiàn)對兆瓦級風(fēng)機的模擬； 機械傳動部分主要由增速齒輪箱組成，由于兆瓦級風(fēng)機轉(zhuǎn)速范圍一般為lOr/minlOr/min， 因此需要通過增速齒輪箱提升轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機工作在合適的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。并網(wǎng)發(fā)電部分由三相異步電機II、控制器II、變頻器II、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器II、隔離變壓器和發(fā)電機構(gòu)成，控制器II通過MPPT控制算法實時計算發(fā)電機所需的轉(zhuǎn)速信號指令，并將該指令輸入到變頻器II中，控制發(fā)電機保持在最優(yōu)轉(zhuǎn)速運行；發(fā)電機發(fā)出幅值、頻率變化的三相交流電，經(jīng)過變頻器II進(jìn)行電能質(zhì)量轉(zhuǎn)換，變換成符合風(fēng)電并網(wǎng)導(dǎo)則要求的電再經(jīng)過三相隔離變壓器進(jìn)行并網(wǎng)。由于增速齒輪箱增速比和減速齒輪箱減速比基本相同，當(dāng)選擇減速齒輪箱的輸出端作為風(fēng)力模擬機時就可以模擬兆瓦級風(fēng)機特性；當(dāng)選擇增速齒輪箱的輸出端作為風(fēng)力模擬機時就可以模擬等功率的風(fēng)機特性。本實驗平臺主要由硬件部分和軟件部分構(gòu)成，下面結(jié)合附圖分別予以詳盡描述 1、硬件部分
系統(tǒng)硬件配置的詳細(xì)說明如下 1. 1電機I
所用電機為西門子變頻電機，較常規(guī)異步電機具有更好的非正弦波電源適應(yīng)能力，加強對地絕緣和線匝絕緣強度，提高了其固有頻率避開與各次諧波產(chǎn)生的共振現(xiàn)象，增加了由單獨電源供電的強冷風(fēng)扇，保證電機低轉(zhuǎn)速下的冷卻。1. 2 電機 II
所用電機為是西門子電機。相關(guān)參數(shù)為型號Y180L-4、額定電壓380V、額定電流 42. 5A、磁極數(shù)4、轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速1470rpm、額定頻率50Hz、效率91. 5%、重量188Kg。1.3減速齒輪箱
本系統(tǒng)中所選用的齒輪箱為江蘇泰隆減速齒輪箱，型號2SY200-56-2、減速比56/1、 功率為30KW。1. 4升速齒輪箱
本系統(tǒng)所選用的升速齒輪箱是南京高精齒輪股份有限公司的齒輪箱，型號 YSDX-01-00，升速比為1/55. 75，功率為30KW，并由平臺后端的油箱供油，起到潤滑和冷卻的作用。1. 5轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器
在本系統(tǒng)中，所選用的兩個轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器均是四川城邦設(shè)備，低速軸傳感器I參數(shù) 型號NJ3、精度0. 2、額定轉(zhuǎn)矩量程(Γ10000Ν. M、標(biāo)定系數(shù)8088、工作轉(zhuǎn)速(T8000rpm ；高速軸傳感器II參數(shù)型號NJ1、精度0. 2、額定轉(zhuǎn)矩量程(Γ200Ν. M、標(biāo)定系數(shù)8519、工作轉(zhuǎn)速 0^6000rpmo與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器相配套的機械效率儀為NX-I，通過串口與PC機相連，能夠?qū)崟r顯示轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率信號。1. 6變頻器
本系統(tǒng)中用于控制原動機的變頻器為瑞士 ABB公司的ACS550-01變頻器，主要是控制原動機的轉(zhuǎn)矩；控制發(fā)電機的變頻器為瑞士ABB公司的ACS800-11變頻器，可以對發(fā)電機的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)并實現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)功能。1. 7 板卡
本系統(tǒng)所采用的兩塊板卡分別為研華公司的PCI-1716和PCI-1723，帶有250Ks/s的 16位A/D轉(zhuǎn)換、D/A輸出通道、16位數(shù)字量輸入/輸出通道和10HMsl6位計數(shù)器通道。1. 8 光耦
由于變頻器與板卡之間數(shù)字信號的傳輸需要隔離，因此本系統(tǒng)采用的光耦為東芝公司的非線性光耦TLP521，其中正向電流的額定值為50mA，電源電壓的最大值為MV。1.9 PC 機系統(tǒng)
PC機分別與板卡和機械效率儀相連接，通過創(chuàng)建的軟件采集并發(fā)出信號，實現(xiàn)對整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制，并能實時的觀測系統(tǒng)的運行特性。
參見圖1，實驗平臺的工作原理是變頻器I與電網(wǎng)相連，通過對變頻器的控制使得電機I拖動減速齒輪箱轉(zhuǎn)動，這樣就可以模擬實際風(fēng)機風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動情況，之后經(jīng)過升速齒輪箱，拖動電機II發(fā)電，電機II由變頻器II控制，可以將電機II所發(fā)出的頻率幅值變化的三相交流電變換成符合并網(wǎng)條件的電能，并最終通過隔離變壓器將電能回饋給電網(wǎng)。PC機根據(jù)所設(shè)定的風(fēng)速模型，以及通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器I采集到的低速軸轉(zhuǎn)速，通過轉(zhuǎn)矩數(shù)學(xué)模型(額定風(fēng)速以下時槳距角 β為零)計算，得到電機I所應(yīng)輸出的轉(zhuǎn)矩信號。變頻器I主電路由二極管不控整流、直流濾波電容、電容過壓保護(hù)電路、三相逆變器構(gòu)成。針對不同的應(yīng)用場合對應(yīng)于不同的控制宏選項，在本模擬系統(tǒng)中采用轉(zhuǎn)矩控制宏，接受來自板卡發(fā)出的轉(zhuǎn)矩信號并輸出電壓去控制電機I。變頻器I有本地控制和遠(yuǎn)程控制兩個選項，通過變頻器自帶的電機控制和I/O電路板——RMio (Motor control and I/O board)，可以實現(xiàn)對變頻器的遠(yuǎn)程控制與通信。 RMIO板包括兩個可編程的模擬輸入端口、兩個模擬輸出端口、六個可編程的數(shù)字輸入端口和三個數(shù)字輸出端口。變頻器與板卡之間數(shù)字信號的傳輸需要光耦進(jìn)行隔離，如圖3所示，啟/停11、 01 ；正/反=12,02 ；速度/轉(zhuǎn)矩=13,03 ；運行/允許=14,04 ；準(zhǔn)備:15、06 ；運行:17、07 ；故障19,09 ；板卡+5V 電源16 ；外接+12V 電源05 ；接地18、08 ；電阻R1=200 Ω、R2=1K Ω ；
光耦1、H(TLP521-4)。數(shù)字輸入分別為DIl—啟動/停車，得電為啟動；DI2—正轉(zhuǎn)/反
轉(zhuǎn)，得電為反向；DI3—速度/轉(zhuǎn)矩控制，得電選擇轉(zhuǎn)矩控制；DI6—運行允許，得電為運行允許，一旦斷開變頻器將停車。變頻器接收的數(shù)字信號電壓要求大于10V，而板卡輸出的數(shù)字信號高電平僅為5V，因此在光耦的輸出端外接了 12V電源，用于激活變頻器相應(yīng)的數(shù)字輸入功能。變頻器三個數(shù)字輸出端口的作用是顯示當(dāng)前變頻器的實際運行狀態(tài)準(zhǔn)備、運行和故障，由于變頻器數(shù)字輸出電壓信號為MV，高于板卡接收的數(shù)字信號電壓，因此利用板卡自身提供的5V電源進(jìn)行供電，便可將變頻器的運行狀態(tài)通過板卡在PC機中反映出來。兩個模擬輸入端口分別為AI1—速度給定；AI2—轉(zhuǎn)矩給定。外部可通過電壓信號((TlOV)或電流信號((T20mA)進(jìn)行控制，切換也很簡單，可通過跳線進(jìn)行設(shè)置。在本系統(tǒng)中變頻器I 選用轉(zhuǎn)矩給定，接收來自板卡的(T10V的電壓信號(此信號為之前在PC機中的轉(zhuǎn)矩計算值經(jīng)換算得到的電壓信號)，從而可以對電機I的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，通過電機I拖動減速齒輪箱轉(zhuǎn)動，便能有效的對兆瓦級風(fēng)力機的運行特性進(jìn)行模擬。變頻器II由背靠背變流器構(gòu)成，機側(cè)變流器實現(xiàn)對風(fēng)機轉(zhuǎn)速的控制，使其準(zhǔn)確的跟蹤兆瓦級風(fēng)機低轉(zhuǎn)速特性。網(wǎng)側(cè)變流器實現(xiàn)直流側(cè)電壓恒定和并網(wǎng)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)。通過該變流裝置將電能優(yōu)化進(jìn)行并網(wǎng)控制。當(dāng)PC機所設(shè)定的風(fēng)速發(fā)生變化時，需要通過調(diào)節(jié)電機II的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)力模擬機的運行符合最優(yōu)的功率一轉(zhuǎn)速曲線，從而在不同的風(fēng)速下均能捕獲最大功率。風(fēng)力機吸收的功率與角速度在不同的風(fēng)速情況下呈現(xiàn)拋物線的關(guān)系，風(fēng)機吸收的功率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是一個單值函數(shù)，并且當(dāng)轉(zhuǎn)子在最優(yōu)轉(zhuǎn)速時對應(yīng)著一個最大的功率點。將各個風(fēng)速下的最大功率點連接起來就是最優(yōu)功率曲線。在各種不同的風(fēng)速下， 通過變頻器II機側(cè)變流器的控制使電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速工作于最優(yōu)轉(zhuǎn)速就可以捕獲到最大功率。如圖2所示，本系統(tǒng)采用的MPPT算法是變步長擾動法，通過采集風(fēng)力模擬機的輸出功率，并和上一次采集到的功率進(jìn)行比較，確定轉(zhuǎn)速的變化方向及變化量，從而最終使轉(zhuǎn)速接近于最優(yōu)轉(zhuǎn)速。其中對風(fēng)力模擬機功率的采集是通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器I，將采集到的信號通過機械效率儀傳輸給PC機，采樣時間間隔為ls，PC機根據(jù)設(shè)定的MPPT算法計算出發(fā)電機的轉(zhuǎn)速值，經(jīng)換算成電壓信號后通過板卡傳輸給變頻器II，從而實現(xiàn)對最大功率點的實時跟蹤。變頻器II同樣采用轉(zhuǎn)矩控制宏，RMIO板包括三個可編程的模擬輸入端口、兩個模擬輸出端口、六個可編程的數(shù)字輸入端口和三個數(shù)字輸出端口。參見圖4，起/停11、01 ； 正/反12、02 ；速度/轉(zhuǎn)矩=13,03 ；運行/允許=14,04 ；準(zhǔn)備:15、05 ；運行:17、08 ；故障 19、09 ；板卡+5V電源07 ；變頻器MV電源06 ；接地16、18 ；電阻R1=200 Ω、R2=1K Ω ；光
耦1、H(TLP521-4)。數(shù)字輸入輸出端口基本與變頻器I的設(shè)置一致，模擬輸入端口選用
AIl—速度給定，接收板卡(TlOV的電壓信號，從而可以實時的對系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)部分主要包括三個選項1、風(fēng)機特性模擬及MPPT操作；2、狀態(tài)顯示；3、退出。機型參數(shù)可以選擇失速定槳距型或變速變槳距型，其中具體參數(shù)的設(shè)定包括 槳距角、風(fēng)輪半徑、風(fēng)機高度、環(huán)境溫度、空氣密度、大氣壓強。風(fēng)速模型根據(jù)實際的自然風(fēng)搭建了四種風(fēng)速模型基本風(fēng)、漸變風(fēng)、陣風(fēng)和隨機風(fēng)。可以根據(jù)需要選擇其中的一種或幾種風(fēng)速模型，進(jìn)行組合疊加，來模擬實際的風(fēng)速運行情況，模擬的風(fēng)速可以在圖右側(cè)通過曲線的形式顯示出來。對風(fēng)力機的模擬可以選擇靜態(tài)模擬或動態(tài)模擬，MPPT的控制方法可選擇葉尖速比法、功率信號反饋法、爬山法等多種方法。系統(tǒng)高速軸和低速軸轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號最終可在監(jiān)控界面上顯示出來，達(dá)到對系統(tǒng)實時監(jiān)控的目的。圖5為本發(fā)明的控制流程圖，具體操作步驟如下系統(tǒng)上電后首先對變頻器I、II 的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，均設(shè)置為遠(yuǎn)程控制模式，采用轉(zhuǎn)矩控制宏，在PC機中打開軟件的主界面，分別對風(fēng)力機的機型參數(shù)和風(fēng)速模型進(jìn)行設(shè)置，之后對風(fēng)力機的靜態(tài)/動態(tài)模擬方式和采用的MPPT方法進(jìn)行選擇。當(dāng)不采用MPPT方法時，可人為控制發(fā)電機轉(zhuǎn)速，軟件根據(jù)之前所設(shè)定的風(fēng)速及采集到的轉(zhuǎn)速信號對原動機進(jìn)行控制，可模擬實際的風(fēng)力機運行狀況；當(dāng)采用MPPT算法時，軟件根據(jù)風(fēng)速變化情況實時的計算風(fēng)力機最優(yōu)的轉(zhuǎn)速信號，從而使風(fēng)力機捕獲最大功率。最后可以通過狀態(tài)監(jiān)測界面對整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率、電流、 電壓等信號進(jìn)行在線監(jiān)測與分析。
權(quán)利要求
1.一種多功能風(fēng)力發(fā)電模擬實驗平臺，其特征在于所述實驗平臺包括風(fēng)力模擬機部分、機械傳動部分和并網(wǎng)發(fā)電部分；風(fēng)力模擬機部分由PC機、板卡I、電機I、控制器I、變頻器I、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器I和減速齒輪箱組成，控制器I通過給定的風(fēng)速信號和采集到的轉(zhuǎn)速信號，在PC機中采用VC++6. 0開發(fā)的可視化MW級縮比風(fēng)力模擬機在線軟件實時計算出參考轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信號，板卡I對變頻器I輸出轉(zhuǎn)矩指令，由變頻器通過矢量控制原理控制原動機，拖動減速齒輪箱運行進(jìn)而實現(xiàn)對兆瓦級風(fēng)機的靜、動態(tài)模擬；機械傳動部分至少由增速齒輪箱組成；并網(wǎng)發(fā)電部分由三相異步電機II、控制器II、變頻器II、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器II、 隔離變壓器、板卡II和發(fā)電機構(gòu)成，控制器II通過MPPT控制算法實時計算發(fā)電機所需的轉(zhuǎn)速信號指令，并將該指令通過板卡II輸入到變頻器II中，對兆瓦級風(fēng)機低轉(zhuǎn)速特性進(jìn)行模擬，并控制發(fā)電機保持在最優(yōu)轉(zhuǎn)速運行；發(fā)電機發(fā)出幅值、頻率變化的三相交流電，經(jīng)過變頻器II進(jìn)行電能質(zhì)量轉(zhuǎn)換，變換成符合風(fēng)電并網(wǎng)導(dǎo)則要求的電再經(jīng)過三相隔離變壓器進(jìn)行并網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能風(fēng)力發(fā)電模擬實驗平臺，其特征在于電機I采用變頻電機，電機II采用三相鼠籠式電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能風(fēng)力發(fā)電模擬實驗平臺，其特征在于控制器I使用研華的PCI-1716板卡，控制器II使用研華的PCI-1723板卡，均可采集數(shù)字模擬信號并發(fā)出數(shù)字模擬信號，通過PC機進(jìn)行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能風(fēng)力發(fā)電模擬實驗平臺，其特征在于轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器I、II可將采集的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率信號通過串口與PC機實現(xiàn)通訊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能風(fēng)力發(fā)電模擬實驗平臺，其特征在于所述變頻器I 為ABB的ACS550變頻器，變頻器II為ABB的ACS800變頻器，并分別由與PC機相連的板卡所發(fā)出的電壓信號進(jìn)行控制。
全文摘要
一種多功能風(fēng)力發(fā)電模擬實驗平臺，該平臺主要由兩個三相異步電機、兩個變頻器、減速齒輪箱、升速齒輪箱、兩個轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、板卡和PC機組成。通過在上位機中對風(fēng)速進(jìn)行設(shè)定，板卡采集轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速矩傳感器I中的轉(zhuǎn)速信號，在PC機中計算出參考轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信號，由變頻器I控制電機I的轉(zhuǎn)矩，拖動減速箱轉(zhuǎn)動來模擬實際兆瓦級風(fēng)機風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動情況，變頻器II控制電機II的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)力模擬機始終運行在最優(yōu)的功率—轉(zhuǎn)速曲線上。本發(fā)明可以對不同的風(fēng)機模型進(jìn)行修改，具有很強的通用性，并可實現(xiàn)對整個系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率、電流、電壓等的在線監(jiān)測與分析。
文檔編號G01R31/34GK102252846SQ20111011393
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者楊育林, 賈志云, 陳毅東, 陳繼剛, 齊效文 申請人:燕山大學(xué)