一種模擬風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種模擬風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置，包括數(shù)字模擬器、計(jì)算機(jī)、PCI數(shù)據(jù)采集卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、聯(lián)軸器2、發(fā)電機(jī)、電流傳感器、電壓傳感器。數(shù)字模擬器中的風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)輸入的風(fēng)速曲線、槳距角、發(fā)電機(jī)反饋轉(zhuǎn)速計(jì)算出風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩經(jīng)數(shù)字模擬器中的PID控制器計(jì)算得到電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令。數(shù)字模擬器在每個(gè)采樣周期通過PCI數(shù)據(jù)采集卡對(duì)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器采樣獲得發(fā)電機(jī)的反饋轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，同時(shí)將電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令輸送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。本實(shí)用新型可在不具備風(fēng)場環(huán)境或風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)室，模擬風(fēng)力機(jī)在實(shí)際工況下的運(yùn)行特性。
【專利說明】一種模擬風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種模擬風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)通常較為復(fù)雜，一般需在實(shí)驗(yàn)室完成前期的研究與探索。然而，實(shí)驗(yàn)室一般不具備實(shí)際風(fēng)場環(huán)境和風(fēng)力機(jī)，這也就阻礙了風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)的發(fā)展。且風(fēng)能通常隨著環(huán)境和氣候而變化，即使在實(shí)際風(fēng)場中采用真實(shí)的風(fēng)力機(jī)，也較難全面地研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作狀況。因此，有必要建立一套實(shí)驗(yàn)裝置模擬風(fēng)力機(jī)在任意風(fēng)場環(huán)境中的實(shí)際工況，以便在實(shí)驗(yàn)室對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)進(jìn)行深入研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有風(fēng)力機(jī)模擬裝置中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)繁瑣，不便于模擬風(fēng)力機(jī)在實(shí)際工況下的運(yùn)行特性的問題，提供一種模擬風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案:一種模擬風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括數(shù)字模擬器、計(jì)算機(jī)、PCI數(shù)據(jù)采集卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、聯(lián)軸器2、發(fā)電機(jī)、電流傳感器、電壓傳感器；運(yùn)行于計(jì)算機(jī)中的數(shù)字模擬器包含風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型與控制系統(tǒng)模型，風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型根據(jù)輸入的風(fēng)速、槳距角、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算出風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)PID控制器得到電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令；PCI數(shù)據(jù)采集卡的A/D輸入與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電流傳感器、電壓傳感器相連，D/A輸出與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，數(shù)字模擬器通過PCI數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序在每個(gè)采樣周期對(duì)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電流傳感器、電壓傳感器進(jìn)行測量，同時(shí)將計(jì)算出的電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令輸送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)聯(lián)軸器1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、聯(lián)軸器2帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬風(fēng)力機(jī)在實(shí)際工況下的運(yùn)行特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]附圖1是本發(fā)明模擬風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置整體結(jié)構(gòu)圖。
[0006]附圖2是模擬風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置的機(jī)電傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖。
[0007]附圖3是模擬風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置的計(jì)算機(jī)控制框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0009]如圖1所示，一種模擬風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置，包括數(shù)字模擬器、計(jì)算機(jī)、PCI數(shù)據(jù)采集卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、聯(lián)軸器2、發(fā)電機(jī)、電流傳感器、電壓傳感器。其中，電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、聯(lián)軸器2、發(fā)電機(jī)構(gòu)成了風(fēng)力機(jī)模擬裝置的機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)；數(shù)字模擬器、計(jì)算機(jī)、PCI數(shù)據(jù)采集卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電流傳感器、電壓傳感器構(gòu)成了風(fēng)力機(jī)模擬裝置的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
[0010]參照?qǐng)D1、圖2對(duì)模擬風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置的機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行說明。電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器I與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器相連，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器通過聯(lián)軸器2與發(fā)電機(jī)相連，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器用于測量發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的反饋值，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)PCI數(shù)據(jù)采集卡輸出的電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的輸出轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性與風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性一致。
[0011]參照?qǐng)D1、圖3對(duì)模擬風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行說明。安裝于計(jì)算機(jī)的PCI插槽中的PCI數(shù)據(jù)采集卡具有A/D輸入、D/A輸出功能，PCI數(shù)據(jù)采集卡的A/D輸入與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電流傳感器、電壓傳感器相連，D/A輸出與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連；利用計(jì)算機(jī)中的Matlab/Simulink工具箱或其他高級(jí)語言建立風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置的數(shù)字模擬器，數(shù)字模擬器包含了風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型與控制系統(tǒng)模型，風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型可設(shè)定風(fēng)力機(jī)的葉片長度等參數(shù)，且具有風(fēng)速、槳距角、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速輸入接口以及風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出接口 ；根據(jù)風(fēng)速、槳距角、發(fā)電機(jī)反饋轉(zhuǎn)速由風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型可計(jì)算出風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩采用PID控制器可計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令。其中，風(fēng)速曲線可通過在數(shù)字模擬器中通過程序建模產(chǎn)生，也可在實(shí)際風(fēng)場環(huán)境中進(jìn)行測量值獲得；發(fā)電機(jī)的反饋轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩由數(shù)字模擬器則通過PCI數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)程序在每個(gè)采樣周期采集轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器獲得；電動(dòng)機(jī)的指令轉(zhuǎn)矩由數(shù)字模擬器通過PCI數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)程序在每個(gè)控制周期輸送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能接入直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全功率變流器，電流傳感器、電壓傳感器用于測量發(fā)電機(jī)的輸出電流、電壓值，計(jì)算發(fā)電機(jī)的產(chǎn)生的實(shí)際功率。
[0012]以上所述，僅為本實(shí)用新型最佳的實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化、替換或改進(jìn)，都應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括數(shù)字模擬器、計(jì)算機(jī)、PCI數(shù)據(jù)采集卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、聯(lián)軸器2、發(fā)電機(jī)、電流傳感器、電壓傳感器；所述的運(yùn)行于計(jì)算機(jī)中的數(shù)字模擬器包含風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型與控制系統(tǒng)模型，風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型根據(jù)輸入的風(fēng)速、槳距角、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算出風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)PID控制器得到電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令；所述的PCI數(shù)據(jù)采集卡的A/D輸入與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電流傳感器、電壓傳感器相連，D/A輸出與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，數(shù)字模擬器通過PCI數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序在每個(gè)采樣周期對(duì)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電流傳感器、電壓傳感器進(jìn)行測量，同時(shí)將計(jì)算出的電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令輸送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)聯(lián)軸器1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、聯(lián)軸器2帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬風(fēng)力機(jī)在實(shí)際工況下的運(yùn)行特性。
【文檔編號(hào)】G05B17/02GK203950135SQ201420279434
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】李科, 向中凡, 杜福銀, 彭韜, 黃磊, 吳興江, 陳濤 申請(qǐng)人:西華大學(xué)