專利名稱：直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器。
背景技術(shù)：
目前的直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)常采用無增速齒箱葉輪直接驅(qū)動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)技術(shù)， 其全部電功率通過配套變頻器并網(wǎng)后體現(xiàn)，由此，風(fēng)機(jī)的并網(wǎng)電氣特性實(shí)際上是由變頻器的電氣特性來決定。對(duì)于一些風(fēng)電發(fā)展較為發(fā)達(dá)的國家，均建立有國家級(jí)的入網(wǎng)檢測標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)電入網(wǎng)需先經(jīng)電網(wǎng)認(rèn)可部門做入網(wǎng)檢測，達(dá)標(biāo)后才得以允許，但我國目前的情況是絕大部分風(fēng)電機(jī)組都沒系統(tǒng)的做過入網(wǎng)檢測，主要原因是由于缺少檢測手段。雖然也做一些入網(wǎng)檢測，如就風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低電壓穿越能力言，目前只能代用低電壓穿越車來進(jìn)行試驗(yàn)，由于該試驗(yàn)需要耗費(fèi)巨大的人力、物力和時(shí)間長，并受風(fēng)電現(xiàn)場許多不確定因素的影響以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一些其他適網(wǎng)性能(例如對(duì)系統(tǒng)頻率的適應(yīng)性)制約，檢測的范圍和效果均存在一定的局限性，致使在實(shí)際運(yùn)行中，難免由于電網(wǎng)波動(dòng)或其它異常導(dǎo)致大批風(fēng)力發(fā)電機(jī)的脫網(wǎng)。 這些問題的存在都與對(duì)其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)變頻控制器檢測不力有關(guān)。

實(shí)用新型內(nèi)容基于上述因素，本實(shí)用新型的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)手段的不足，對(duì)直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器提供一種試驗(yàn)靈活、可靠快速和能進(jìn)行多種類型試驗(yàn)的閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)。本實(shí)用新型直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，是一個(gè)實(shí)時(shí)、仿真的數(shù)字模型式校驗(yàn)平臺(tái)，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)和模擬電網(wǎng)環(huán)境構(gòu)成，其特征在于所述的發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)如圖1所示，包含有能建立數(shù)字模型的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真工作站9、能進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算的RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器1、模擬量輸出板卡2、模擬量輸入板卡3、數(shù)字量輸入板卡 4、數(shù)字量輸出板卡7、開關(guān)量轉(zhuǎn)換裝置5、直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器6和直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主控制器8，其中的RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器1試驗(yàn)平臺(tái)的核心，它通過模擬量輸出板卡2 與直驅(qū)型風(fēng)機(jī)變頻器控制器6連接，輸出0 IOv的電壓量到該變頻器控制器6，同時(shí)又通過模擬量輸入板3與風(fēng)機(jī)主控8連接，接受來自這里的0 IOV電壓量，另一方面，RTDS仿真器1又通過數(shù)字量輸入板卡4與開關(guān)量轉(zhuǎn)換裝置5連接，該轉(zhuǎn)換裝置5又與直驅(qū)型風(fēng)機(jī)變頻控制器6連接，同時(shí)，風(fēng)機(jī)變頻控制器6將自身通過計(jì)算得出的變頻器各閥的觸發(fā)脈沖通過數(shù)字量輸入板卡4輸回到實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器1，如此便形成了一個(gè)閉環(huán)試驗(yàn)的系統(tǒng)，這里， RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器1所輸出的是變頻器各可控閥電流、箱式變壓器低壓側(cè)三相電壓和各風(fēng)力發(fā)電機(jī)相關(guān)斷路器的位置節(jié)點(diǎn)信號(hào)等各物理量，而接收到的是變頻控制器發(fā)出的變頻器各可控閥的控制觸發(fā)脈沖(fir印ulse)及主控制器計(jì)算出的有功功率、無功功率，以此， 在已建立的電網(wǎng)環(huán)境配合下，構(gòu)成了一個(gè)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。所述的實(shí)時(shí)仿真數(shù)字模型式校驗(yàn)平臺(tái)中的模擬電網(wǎng)環(huán)境如圖2所示，包括有風(fēng)力機(jī)、變頻器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)出口箱變、風(fēng)電場主輸線、主變壓器、等值系統(tǒng)及模擬系統(tǒng)中各故障點(diǎn)。該實(shí)時(shí)數(shù)字仿真工作系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)檢測平臺(tái)，它的整體作用就是在已建立的電網(wǎng)環(huán)境配合下，對(duì)直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器進(jìn)行閉環(huán)試驗(yàn)，由此用來判定直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器的工作特性。整個(gè)試驗(yàn)過程中，永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)接收風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械功率，與變頻器連接，變頻器與箱變連接，箱變與主變連接，主變通過傳輸線與等值系統(tǒng)連接，同時(shí)同步發(fā)電機(jī)通過另外的線路也與等值系統(tǒng)連接，以此構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停稍趯?shí)驗(yàn)過程中能調(diào)節(jié)風(fēng)速、控制風(fēng)機(jī)并網(wǎng)、解網(wǎng)和改變風(fēng)機(jī)的控制模式，另外，在風(fēng)機(jī)箱式變高壓側(cè)、主變高壓側(cè)及傳輸線上共六個(gè)點(diǎn)還設(shè)置有各類故障試驗(yàn)點(diǎn)K，依此連接方式試驗(yàn)， 進(jìn)行故障類型、故障持續(xù)時(shí)間及過渡電阻的大小等的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器完成閉環(huán)性能試驗(yàn)。同時(shí)，通過RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器這個(gè)閉環(huán)試驗(yàn)平臺(tái)，除去對(duì)直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器進(jìn)行深入的仿真研究外，尚可一方面考核直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器的動(dòng)作特性，另一方面可以研究設(shè)備對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的影響，進(jìn)而來保證風(fēng)電接入電網(wǎng)后的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過本直軀型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器閉環(huán)系統(tǒng)試驗(yàn)后，所得試驗(yàn)結(jié)果與同型號(hào)的直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)現(xiàn)場錄波圖進(jìn)行比較吻合程度較高，表明該閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果符合實(shí)際，并且該試驗(yàn)方法操作簡單，方便實(shí)用。

圖1是本實(shí)用新型的仿真系統(tǒng)拓?fù)鋱D。圖2是本實(shí)用新型仿真模型一次系統(tǒng)示意。圖中各英文代號(hào)為K為各故障點(diǎn)，T為變壓器，DL為短路器，L、M、N均為母線。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型是一種基于RTDS仿真器的直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器閉環(huán)試驗(yàn)仿真校驗(yàn)平臺(tái)，由RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真工作站、RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器及其各類輸入、輸出接口、 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主控制器、變頻控制器聯(lián)接構(gòu)成。其中的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真工作站與實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器通過以太網(wǎng)相互連接，而RTDS仿真器與各輸出輸入板卡的連接為光纖，其它設(shè)備之間的連接為硬線連接。如圖1，RTDS仿真器1，通過模擬量輸出板卡2將模擬量輸出到變流控制器6的模擬量采集通道，同時(shí)，通過數(shù)字量輸出板卡7和開關(guān)量轉(zhuǎn)換裝置5將其數(shù)字量連接輸出到變流控制器6的數(shù)字量采集通道，后又通過數(shù)字量輸入板卡4將變頻控制器6所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)回輸?shù)絉TDS仿真器，另一方面，RTDS仿真器1還與風(fēng)機(jī)主控8的模擬量輸入通道連接，可將采集到的模擬量后經(jīng)模擬量輸入板卡3送回到RTDS仿真器，以此完成仿真檢測。上述的整個(gè)閉環(huán)檢測需有模擬的電網(wǎng)環(huán)境配合，如圖2所示，該電網(wǎng)環(huán)境包括等值系統(tǒng)、四條母線、兩條線路、至少七個(gè)斷路器DL1 DL7、三臺(tái)主變壓器T1 T3、一個(gè)永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)、一個(gè)變頻器、一個(gè)風(fēng)力機(jī)及至少六個(gè)短路故障試驗(yàn)點(diǎn)K1^6，其具體連接方式為永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)接受風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械功率，并與變頻控制器連接，變頻器通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)斷路器DL1與箱變低壓側(cè)連接，箱變高壓側(cè)與主變低壓側(cè)連接，主變高壓側(cè)通過斷路器 DL2, DL3與母線L、N連接，母線M、L的另外一側(cè)通過斷路器DL4與等值系統(tǒng)連接，同步發(fā)電機(jī)連接到變壓器T3低壓側(cè)，變壓器T3高壓側(cè)通過斷路器DL5、DL6、線路MN、DL7與等值系統(tǒng)連接，短路試驗(yàn)點(diǎn)K1連接到風(fēng)場側(cè)35kV母線上，短路試驗(yàn)點(diǎn)K2連接到風(fēng)場側(cè)220kV母線上， 短路試驗(yàn)點(diǎn)K3連接到線路LN的風(fēng)電場側(cè)，短路試驗(yàn)點(diǎn)K4連接到線路LN中間(在試驗(yàn)過程中可以改變K2在線路中間的位置)，短路試驗(yàn)點(diǎn)K5連接到線路LN的等值系統(tǒng)側(cè)，短路試驗(yàn)點(diǎn)K6連接到等值系統(tǒng)側(cè)母線上。 上述連接方式即成為一個(gè)仿真工作試驗(yàn)平臺(tái)，通過該平臺(tái)來完成直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)模擬、風(fēng)速變化、低電壓穿越能力驗(yàn)證、高電壓穿越能力驗(yàn)證、系統(tǒng)頻率偏移、系統(tǒng)振蕩、風(fēng)力機(jī)功率調(diào)節(jié)、風(fēng)力機(jī)運(yùn)行方式調(diào)節(jié)等全面風(fēng)機(jī)的性能。
權(quán)利要求1.直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，是一個(gè)實(shí)時(shí)、仿真數(shù)字式校驗(yàn)平臺(tái)，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)和模擬電網(wǎng)環(huán)境構(gòu)成，其特征在于所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)由實(shí)時(shí)數(shù)字仿真工作站(9)、RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器(1)、模擬量輸出板卡O)、模擬量輸入板卡C3)、數(shù)字量輸入板卡(4)、數(shù)字量輸出板卡(7)、開關(guān)量轉(zhuǎn)換裝置( 、直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻器控制器(6)、直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主控制器(8)構(gòu)成，其中的RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器(1)是閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)中的核心，與實(shí)時(shí)數(shù)字仿真工作站通過以太網(wǎng)連接，一方面，它通過模擬量輸出板卡( 與直驅(qū)型風(fēng)機(jī)變頻器控制器(6)連接輸出電壓值，同時(shí)又通過模擬量輸入板卡C3)與風(fēng)機(jī)主控制器(8)連接接收電壓值，另一方面，RTDS仿真器(1)又通過數(shù)字量輸出板卡(4)與開關(guān)量轉(zhuǎn)換裝置( 連接，輸出數(shù)字信號(hào)到直驅(qū)型風(fēng)機(jī)變頻器控制器 (6)，同時(shí)，風(fēng)機(jī)變頻器控制器(6)將自身通過計(jì)算得出的變頻器各閥的觸發(fā)脈沖通過數(shù)字量輸入板卡(4)回輸?shù)綄?shí)時(shí)仿真器(1)，如此便形成了一個(gè)閉環(huán)試驗(yàn)的系統(tǒng)；所述建立的電網(wǎng)環(huán)境包括有風(fēng)力機(jī)、變頻器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)出口箱變、風(fēng)電場主輸線、主變壓器、等值無窮大系統(tǒng)及模擬系統(tǒng)中各故障點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的電網(wǎng)環(huán)境中，風(fēng)力機(jī)一個(gè)，變頻器一個(gè)，兩條線路和四條母線，三臺(tái)主變壓器T1 T3，至少七個(gè)斷路器DL1 DL7、至少六個(gè)短路故障試驗(yàn)點(diǎn)K1 K6，永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)一個(gè)，其具體連接方式為永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)接受風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械功率，并與變頻器連接，變頻器通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)主開關(guān)斷路器DL1連接到箱變低壓側(cè)，該箱變的高壓側(cè)與主變低壓側(cè)連接，主變高壓側(cè)通過斷路器DL2、DL3與線路LN連接，線路LN的另外一側(cè)通過斷路器DL4與等值系統(tǒng)連接，同步發(fā)電機(jī)連接到變壓器T3低壓側(cè)，變壓器T3高壓側(cè)通過斷路器DL5、DL6、線路麗、DL7 與等值系統(tǒng)連接，短路試驗(yàn)點(diǎn)K1連接到風(fēng)場側(cè)35kV母線上，短路試驗(yàn)點(diǎn)K2連接到風(fēng)場側(cè) 220kV母線上，短路試驗(yàn)點(diǎn)K3連接到線路LN的風(fēng)電場側(cè)，短路試驗(yàn)點(diǎn)K4 一般連接到線路LN 中間位置，短路試驗(yàn)點(diǎn)K5連接到線路LN的等值系統(tǒng)側(cè)，短路試驗(yàn)點(diǎn)K6連接到等值系統(tǒng)側(cè)母線上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電，是一個(gè)對(duì)直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)、仿真的閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括有實(shí)時(shí)數(shù)字仿真工作站、RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器、模擬量輸出和輸入板卡、數(shù)字量輸出和輸入板卡、開關(guān)量轉(zhuǎn)換裝置、直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻器控制器和風(fēng)力發(fā)電機(jī)主控器，其中，RTDS仿真器通過以太網(wǎng)與仿真工作站連接，并與各類輸入輸出板卡通過光纖連接，其余設(shè)備之間為硬線連接。在此系統(tǒng)中，所述仿真工作站的作用是建立包括電網(wǎng)環(huán)境和風(fēng)力發(fā)電機(jī)在內(nèi)的實(shí)時(shí)仿真模型，而數(shù)字仿真器則通過運(yùn)算將電壓、電流量及并網(wǎng)主開關(guān)的位置接點(diǎn)輸出到變頻控制器，同時(shí)接收變頻控制器輸入的來自變頻器上各閥的觸發(fā)脈沖，使仿真模型中的直驅(qū)型風(fēng)機(jī)能在變頻控制器及風(fēng)機(jī)主制控制器的指令下安全運(yùn)行。本實(shí)用新型試驗(yàn)操作簡單、方便實(shí)用。
文檔編號(hào)G05B23/02GK202110440SQ20112018421
公開日2012年1月11日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者喬彩霞, 尹柏清, 張鵬, 王江萍, 王蘊(yùn)敏 申請人:內(nèi)蒙古自治區(qū)電力科學(xué)研究院