專利名稱：風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩特性模擬系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種利用拖動電機模擬大型風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩隨負載及風速曲線變化的外特性的技術，尤其是一種風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩特定模擬系統(tǒng)。
背景技術：
風力發(fā)電是將風葉轉(zhuǎn)動的機械能轉(zhuǎn)換為電能。但是在研究風力發(fā)電機組控制算法、并網(wǎng)效率及并網(wǎng)控制算法過程中，現(xiàn)有的仿真系統(tǒng)均采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，導致由負載引起的轉(zhuǎn)矩變化無法真實的反映到風機的轉(zhuǎn)速效應上，導致試驗數(shù)據(jù)與真實發(fā)電系統(tǒng)偏差較大，并直接影響到仿真數(shù)據(jù)的準確性，對于人們研究如何有效利用風資源帶來很大的不便。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術中的不足，利用拖動電機模擬大型風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩隨負載及風速曲線變化的外特性，提供能夠真實模擬風機扭矩特性，并對發(fā)電機并網(wǎng)控制進行研究的仿真系統(tǒng)裝置。為實現(xiàn)以上目的，本實用新型通過以下技術方案實現(xiàn)風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩特性模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括一主控單元，包括上位機操作臺和PLC模塊，所述上位機操作臺模擬風速，并通過總線將指令下發(fā)至所述PLC模塊中；—拖動控制單元,包括一異步電機拖動變頻器,與所述主控單元的所述PLC模塊電氣相連；一對拖機組單元，包括一異步交流拖動電機，一雙饋風力發(fā)電機組，一扭矩傳感器，所述扭矩傳感器安裝在所述異步交流拖動電機和所述雙饋風力發(fā)電機組之間，所述異步交流拖動電機與所述交流異步電機拖動變頻器電氣連接；一機側(cè)數(shù)據(jù)采集單元，設置在所述異步電機拖動變頻器與所述異步交流拖動電機之間；一網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)采集單元，設置在所述雙饋風力發(fā)電機組定子同電網(wǎng)之間設置；一并網(wǎng)逆變單元，包括一機側(cè)變流器和一網(wǎng)側(cè)變流器連接成共直流母線系統(tǒng)，與所述雙饋風力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)子側(cè)連接，使所述雙饋風力發(fā)電機組的定子側(cè)直接通過一隔離變壓器同所述電網(wǎng)相連。比較好的是，所述系統(tǒng)進一步包括一雙饋電機并網(wǎng)控制器，設置于所述雙饋風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)子與所述電網(wǎng)之間。比較好的是，所述網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)采集單元包括一第二電壓表，一第二電流表和一第二功率表，所述機側(cè)數(shù)據(jù)米集單兀包括一第一電壓表，一第一電流表和一第一功率表。比較好的是，所述扭矩傳感器采用剛性聯(lián)軸器并加裝扭矩傳感器相連。比較好的是，所述系統(tǒng)進一步包括一 DSP控制器，設置在所述雙饋并網(wǎng)控制器前端。[0016]比較好的是，所述系統(tǒng)進一步包括一隔離變壓器，設置于所述拖動側(cè)電網(wǎng)與拖動變頻器之間。本實用新型中利用上位機軟件模擬不同風速曲線變化，并通過對比大型風力的風速-轉(zhuǎn)速曲線求得拖動電機轉(zhuǎn)速，通過拖動電機帶動雙饋發(fā)電機組發(fā)電，并經(jīng)過雙饋電機并網(wǎng)控制器，控制雙饋電機轉(zhuǎn)子勵磁，已達到雙饋電機定子側(cè)直接并網(wǎng)的功能。采用定制的拖動電機來模擬風力發(fā)電機組的恒定轉(zhuǎn)矩特性，并利用高精度的轉(zhuǎn)矩傳感器來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩環(huán)的精確控制。用以得到能夠真實反映大型風力發(fā)電機組發(fā)電特性的試驗系統(tǒng)。由此可以通過計算分析雙饋發(fā)電機組并網(wǎng)的控制要求，以及對高效并網(wǎng)控制算法的研究試驗，提高風力發(fā)電的利用效率。風力發(fā)電機組在負載不介入時，空載運行,轉(zhuǎn)速較高，當負載增加后，由于轉(zhuǎn)矩增力口，在風速不變的情況下，空氣施加給風葉并傳導至發(fā)電機組的扭矩不變，導致風葉的轉(zhuǎn)速降低，在轉(zhuǎn)矩與扭矩相等時，風機轉(zhuǎn)數(shù)穩(wěn)定。在這個過程中，由于風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)數(shù)持續(xù)下降，雙饋電機為保證定子輸出的電流相位同電網(wǎng)相同，故在雙饋電機并網(wǎng)控制器中應對此過程應予以響應。傳統(tǒng)的電動機-發(fā)電機組通常為恒轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，即轉(zhuǎn)速設定后，拖動電機的轉(zhuǎn)速無法有效跟隨風速及負載轉(zhuǎn)矩的變化而變化，導致測試結(jié)果與真實值偏差較大，仿真數(shù)據(jù)嚴重失真。優(yōu)選的是本裝置采用異步電動機作為模擬拖動部分，利用異步電機轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩增加而降低的特性，并經(jīng)過定制的交流異步電動機，改變電動機的轉(zhuǎn)子電阻，使電動機固有的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線在較大程度上符合風力發(fā)電機的特性曲線，同時加裝轉(zhuǎn)矩傳感器，構(gòu)成轉(zhuǎn)矩控制閉環(huán)，保證作為模擬拖動曲線與真實風機轉(zhuǎn)矩曲線的高度重合性。并且在風機低負載轉(zhuǎn)矩的情況下，通過電流及轉(zhuǎn)速閉環(huán)的切換，實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護。在數(shù)據(jù)采集過程中，采用高精度傳感器，配合DSP控制器，兼顧了數(shù)據(jù)采集的準確性，和并網(wǎng)控制的迅速性及精確性。

下面，參照附圖，對于熟悉本技術領域的人員而言，從對本實用新型的詳細描述中，本實用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將顯而易見。圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型中的電氣原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細的描述如圖1、圖2所示，本實用新型的風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩特性模擬系統(tǒng)框圖，包括主控單元100,拖動控制單元200,網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)采集單元300,機側(cè)數(shù)據(jù)采集單元400,并網(wǎng)逆變單元500，對拖機組單元600。在圖2的電氣圖中有具體組成。請參見圖2所示的本實用新型風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩特性模擬系統(tǒng)的電氣示意圖。本實用新型的對拖機組單元600由異步交流拖動電機1，雙饋風力發(fā)電機組3，扭矩傳感器2組成，其中扭矩傳感器2安裝在異步交流拖動電機I和雙饋風力發(fā)電機組3之間，采用剛性聯(lián)軸器相連；異步交流拖動電機I采用交流異步電機拖動變頻器9進行拖動控制。拖動控制單元200包括異步電機拖動變頻器9，該變頻器9與異步交流拖動電機I之間設置有機側(cè)數(shù)據(jù)采集單元400 ;機側(cè)數(shù)據(jù)采集單元400包括第一電壓表VI，第一電流表Al和第一功率表P1。雙饋風力發(fā)電機組3將異步交流拖動電機I的機械能轉(zhuǎn)化為電能。雙饋風力發(fā)電機組3的并網(wǎng)控制器由并網(wǎng)逆變單元500中的機側(cè)變流器7和網(wǎng)側(cè)變流器8組成，并連接成共直流母線系統(tǒng)，并利用并網(wǎng)逆變單元500中的直流側(cè)充放電單元6對直流側(cè)進行補充充電管理。雙饋風力發(fā)電機組并網(wǎng)控制器同雙饋風力發(fā)電機組3的轉(zhuǎn)子側(cè)連接，以控制雙饋風力發(fā)電機組3勵磁，使雙饋風力發(fā)電機組3的定子側(cè)直接通過隔離變壓器4同電網(wǎng)相連，實現(xiàn)并網(wǎng)功能。雙饋風力發(fā)電機組3定子同電網(wǎng)之間設置網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)采集單元300，網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)采集單元300包括第二電壓表V2，第二電流表A2和第二功率表P2。本實用新型模擬系統(tǒng)中的主控單元100還包括上位機操作臺12和PLC模塊11，其中上位機操作臺12通過上位機軟件模擬風速，并通過Modbus總線將指令下發(fā)至PLC模塊11中，并由PLC模塊11控制異步電機異步電機拖動變頻器9。此外，并網(wǎng)逆變單元500還包括一 DSP控制器10，該控制器對機側(cè)數(shù)據(jù)采集單元400和網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)采集單元300采集到的數(shù)據(jù)進行分析，并通過算法控制，將控制信號傳輸給雙饋發(fā)電機并網(wǎng)機側(cè)變流器7和網(wǎng)側(cè)變流器8。上述結(jié)構(gòu)的本實用新型中的風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩特性模擬系統(tǒng)，可以模擬國產(chǎn)主流的1MW、1. 5MW和2MW大型風力發(fā)電機組在不同風速曲線下的轉(zhuǎn)矩特性，并可以使用本系統(tǒng)加載雙饋風力發(fā)電機組，或永磁發(fā)電機組等發(fā)電系統(tǒng)平臺，以實現(xiàn)對永磁、雙饋機組發(fā)電特性的研究和測量，及不同轉(zhuǎn)矩特性下發(fā)電機組的并網(wǎng)算法控制，及并網(wǎng)性能特性參數(shù)測量。以上諸實施例僅供說明本實用新型之用，而非對本實用新型的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化，因此所有等同的技術方案也應該屬于本實用新型的范疇應由各權利要求限定。
權利要求1.風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩特性模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括一主控單元，包括上位機操作臺和PLC模塊，所述上位機操作臺模擬風速，并通過總線將指令下發(fā)至所述PLC模塊中；一拖動控制單元，包括一交流異步電機拖動變頻器，與所述主控單元的所述PLC模塊電氣相連；一對拖機組單元，包括一異步交流拖動電機，一雙饋風力發(fā)電機組，一扭矩傳感器，所述扭矩傳感器安裝在所述異步交流拖動電機和所述雙饋風力發(fā)電機組之間，所述異步交流拖動電機與所述交流異步電機拖動變頻器電氣連接；一機側(cè)數(shù)據(jù)采集單元，設置在所述異步電機拖動變頻器與所述異步交流拖動電機之間；一網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)采集單元，設置在所述雙饋風力發(fā)電機組定子同電網(wǎng)之間設置；一并網(wǎng)逆變單元，包括一機側(cè)變流器和一網(wǎng)側(cè)變流器連接成共直流母線系統(tǒng)，與所述雙饋風力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)子側(cè)連接，使所述雙饋風力發(fā)電機組的定子側(cè)直接通過一隔離變壓器同所述電網(wǎng)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩特性模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進一步包括一雙饋電機并網(wǎng)控制器，設置于所述雙饋風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)子與所述電網(wǎng)之間。
3.根據(jù)權利要求2所述的風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩特性模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)采集單元包括一第二電壓表，一第二電流表和一第二功率表，所述機側(cè)數(shù)據(jù)米集單兀包括一第一電壓表，一第一電流表和一第一功率表。
4.根據(jù)權利要求3所述的風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩特性模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩傳感器采用剛性聯(lián)軸器并加裝扭矩傳感器相連。
5.根據(jù)權利要求4所述的風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩特性模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進一步包括一 DSP控制器，設置在所述雙饋并網(wǎng)控制器前端。
6.根據(jù)權利要求5所述的風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩特性模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進一步包括一隔離變壓器，設置于所述拖動側(cè)電網(wǎng)與拖動變頻器之間。
專利摘要本實用新型涉及風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩特性模擬系統(tǒng)，包括一主控單元，包括上位機操作臺和PLC模塊；一拖動控制單元，包括一異步電機拖動變頻器，與主控單元的PLC模塊電氣相連；一對拖機組單元，包括一異步交流拖動電機，一雙饋風力發(fā)電機組，一扭矩傳感器，安裝在異步交流拖動電機和雙饋風力發(fā)電機組之間，異步交流拖動電機與交流異步電機拖動變頻器電氣連接；一機側(cè)數(shù)據(jù)采集單元，設置在異步電機拖動變頻器與異步交流拖動電機之間；一網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)采集單元，設置在雙饋風力發(fā)電機組定子同電網(wǎng)之間設置；一并網(wǎng)逆變單元，包括一機側(cè)變流器和一網(wǎng)側(cè)變流器連接成共直流母線系統(tǒng)，與雙饋風力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)子側(cè)連接。本實用新型檢測結(jié)果準確。
文檔編號G01R31/34GK202837502SQ201220330819
公開日2013年3月27日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權日2012年7月9日
發(fā)明者樊俊峰, 查偉 申請人:上海寰晟新能源科技有限公司