本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙饋異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組仿真系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電作為一種有效的可再生能源利用形式，近年來越來越受到關(guān)注。通過對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，可對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略及系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而做出適應(yīng)性調(diào)整。但是大量的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證需要耗費(fèi)較多的人力和物力資源，且部分驗(yàn)證項(xiàng)目如風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度的響應(yīng)難以在風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，因此，為高效的對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略及系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行驗(yàn)證，目前，通常采用風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)室模擬系統(tǒng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行模擬驗(yàn)證。

現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)室模擬系統(tǒng)通常包括上位機(jī)、模擬風(fēng)輪和試驗(yàn)對(duì)象電機(jī)，其中模擬風(fēng)輪包括變頻器和異步電機(jī)，變頻器分別與上位機(jī)、異步電機(jī)和試驗(yàn)對(duì)象電機(jī)相連，異步電機(jī)和試驗(yàn)對(duì)象電機(jī)相連。模擬方法為建立風(fēng)的數(shù)學(xué)模型、確定風(fēng)輪動(dòng)力特性方程和計(jì)算傳遞函數(shù)，由上位機(jī)通過軟件模塊對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行模擬。

上述模擬試驗(yàn)方法可模擬風(fēng)機(jī)氣動(dòng)特性(跟蹤轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線)、MPPT控制、槳距角控制等常規(guī)特性，但是對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度時(shí)的響應(yīng)特性、穩(wěn)定性和并網(wǎng)電能質(zhì)量等問題沒有涉及，不能準(zhǔn)確地反應(yīng)實(shí)際整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特性。而且，系統(tǒng)控制算法調(diào)試不靈活，算法更改后沒有直觀的變化感受，不利于實(shí)驗(yàn)人員對(duì)風(fēng)電機(jī)組控制過程和控制算法的掌握。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于雙饋異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組仿真系統(tǒng)。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于雙饋異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組仿真系統(tǒng)，包括變槳距控制器、雙向脈寬調(diào)制型變頻器、電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器、風(fēng)力機(jī)模擬器、拖動(dòng)變頻器、變頻異步拖動(dòng)電機(jī)和雙饋異步發(fā)電機(jī)，其中：

所述電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器，用于設(shè)置所述雙饋異步發(fā)電機(jī)的設(shè)定功率；

所述雙向脈寬調(diào)制型變頻器，與所述電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器連接，用于采集所述設(shè)定功率、并將所述設(shè)定功率發(fā)送到所述雙饋異步發(fā)電機(jī)；

所述雙饋異步發(fā)電機(jī)，分別與電網(wǎng)、所述變槳距控制器、電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器和風(fēng)力機(jī)模擬器連接，用于根據(jù)所述設(shè)定功率調(diào)整轉(zhuǎn)速、并將轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)送到所述變槳距控制器、電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器和風(fēng)力機(jī)模擬器；

所述變槳距控制器，與所述風(fēng)力機(jī)模擬器連接，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算得到槳距角信號(hào)、并將所述槳距角信號(hào)發(fā)送到所述風(fēng)力機(jī)模擬器；

所述風(fēng)力機(jī)模擬器，與所述拖動(dòng)變頻器連接，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)速信號(hào)和槳距角信號(hào)生成控制信號(hào)、并將所述控制信號(hào)發(fā)送到所述拖動(dòng)變頻器；

所述拖動(dòng)變頻器，分別與所述電網(wǎng)和變頻異步拖動(dòng)電機(jī)連接，用于根據(jù)所述控制信號(hào)對(duì)所述變頻異步拖動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行控制；

所述變頻異步拖動(dòng)電機(jī)，與所述雙饋異步發(fā)電機(jī)連接，用于模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩。

優(yōu)選地，所述變頻異步拖動(dòng)電機(jī)通過聯(lián)軸器與所述雙饋異步發(fā)電機(jī)連接。

優(yōu)選地，還包括功率變送裝置，所述功率變送裝置，分別與所述雙饋異步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器連接，用于獲取所述雙饋異步發(fā)電機(jī)的輸出功率、并將所述輸出功率發(fā)送至所述電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器。

優(yōu)選地，所述電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器包括數(shù)字信號(hào)處理單元、顯示單元和輸入單元，其中：

所述輸入單元，用于對(duì)風(fēng)電機(jī)組的功率曲線、變槳距控制器的增益表和電網(wǎng)調(diào)度模擬程序進(jìn)行設(shè)置；

所述數(shù)字信號(hào)處理單元，與所述輸入單元連接，用于存儲(chǔ)所述功率曲線、增益表和電網(wǎng)調(diào)度模擬程序并根據(jù)所述輸入單元的設(shè)置進(jìn)行更改，用于計(jì)算所述設(shè)定功率、并將所述設(shè)定功率分別發(fā)送給所述雙向脈寬調(diào)制型變頻器和顯示單元，還用于將所述輸出功率發(fā)送給所述顯示單元；

所述顯示單元，分別與所述輸入單元和數(shù)字信號(hào)處理單元連接，用于將所述輸出功率和設(shè)定功率在同一時(shí)間軸上進(jìn)行顯示。

優(yōu)選地，所述電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器的工作方式包括，

自動(dòng)模式：所述電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器接收所述雙饋異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)處理單元中存儲(chǔ)的功率曲線得到有功功率，根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)處理單元中存儲(chǔ)的電網(wǎng)調(diào)度模擬程序得到無功功率，將包含所述有功功率和無功功率的所述設(shè)定功率發(fā)送給所述雙向脈寬調(diào)制型變頻器；

手動(dòng)模式：所述電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器根據(jù)所述輸入單元對(duì)所述功率曲線的設(shè)置得到所述有功功率，根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)處理單元中存儲(chǔ)的電網(wǎng)調(diào)度模擬程序得到無功功率，將包含所述有功功率和無功功率的所述設(shè)定功率發(fā)送給所述雙向脈寬調(diào)制型變頻器。

優(yōu)選地，所述手動(dòng)模式還包括：所述電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器(3)根據(jù)所述輸入單元對(duì)所述增益表的設(shè)置更改所述增益表。

本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于雙饋異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組仿真系統(tǒng)，包括變槳距控制器、雙向脈寬調(diào)制型變頻器、電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器、風(fēng)力機(jī)模擬器、拖動(dòng)變頻器、變頻異步拖動(dòng)電機(jī)、功率變送裝置和雙饋異步發(fā)電機(jī)電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器，電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器與雙向脈寬調(diào)制型變頻器連接，通過電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器可模擬風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度的響應(yīng)特性；利用變槳距控制器輸出風(fēng)力機(jī)槳距角，可結(jié)合風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)特性模擬風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，更貼近實(shí)際應(yīng)用工況，全面檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于雙饋異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于雙饋異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組仿真系統(tǒng)的實(shí)施原理示意圖；

圖1-3中，符號(hào)表示為：

1-變槳距控制器，2-雙向脈寬調(diào)制型變頻器，3-電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器，31-數(shù)字信號(hào)處理單元，32-顯示單元，33-輸入單元，4-風(fēng)力機(jī)模擬器，5-拖動(dòng)變頻器，6-變頻異步拖動(dòng)電機(jī)，7-功率變送裝置，8-雙饋異步發(fā)電機(jī)。

具體實(shí)施方式

這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

圖1是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種基于雙饋異步雙饋異步發(fā)電機(jī)8的風(fēng)電機(jī)組仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于雙饋異步雙饋異步發(fā)電機(jī)8的風(fēng)電機(jī)組仿真系統(tǒng)，包括變槳距控制器1、雙向脈寬調(diào)制型變頻器2、電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器3、風(fēng)力機(jī)模擬器4、拖動(dòng)變頻器5、變頻異步拖動(dòng)電機(jī)6、功率變送裝置7和雙饋異步發(fā)電機(jī)8。

具體的，變槳距控制器1與風(fēng)力機(jī)模擬器4連接，均集成于PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)內(nèi)。風(fēng)力機(jī)模擬器4與拖動(dòng)變頻器5的輸入端連接，拖動(dòng)變頻器5的輸入端還與電網(wǎng)連接、輸出端與變頻異步拖動(dòng)電機(jī)6的輸入端連接，變頻異步拖動(dòng)電機(jī)6的輸出端通過聯(lián)軸器與雙饋異步發(fā)電機(jī)8連接，雙饋異步發(fā)電機(jī)8的定子與電網(wǎng)連接、轉(zhuǎn)子通過雙向脈寬調(diào)制型變頻器2與電網(wǎng)連接，功率變送裝置7，分別與雙饋異步發(fā)電機(jī)8和電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器3連接。

進(jìn)一步的，電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器3，與雙向脈寬調(diào)制型變頻器2連接，用于設(shè)置雙饋異步發(fā)電機(jī)8的設(shè)定功率；雙向脈寬調(diào)制型變頻器2，用于采集設(shè)定功率、并將設(shè)定功率發(fā)送到雙饋異步發(fā)電機(jī)8；雙饋異步發(fā)電機(jī)8，用于根據(jù)設(shè)定功率調(diào)整轉(zhuǎn)速、并將轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)送到變槳距控制器1、電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器3和風(fēng)力機(jī)模擬器4；變槳距控制器1，與風(fēng)力機(jī)模擬器4連接，用于根據(jù)轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算得到槳距角信號(hào)、并將槳距角信號(hào)發(fā)送到風(fēng)力機(jī)模擬器4；風(fēng)力機(jī)模擬器4，用于根據(jù)轉(zhuǎn)速信號(hào)和槳距角信號(hào)生成控制信號(hào)、并將控制信號(hào)發(fā)送到所述拖動(dòng)變頻器5；拖動(dòng)變頻器5，用于根據(jù)控制信號(hào)對(duì)變頻異步拖動(dòng)電機(jī)6的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行控制；變頻異步拖動(dòng)電機(jī)6，用于模擬風(fēng)力雙饋異步發(fā)電機(jī)8風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩；功率變送裝置7，用于獲取雙饋異步發(fā)電機(jī)8的輸出功率、并將輸出功率發(fā)送至電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器3。

參見圖2，為本發(fā)明實(shí)施例提供的電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器3的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器3包括數(shù)字信號(hào)處理單元31、顯示單元32和輸入單元33。

具體的，輸入單元33包括鼠標(biāo)和鍵盤，用于對(duì)風(fēng)電機(jī)組的功率曲線、變槳距控制器1的增益表和電網(wǎng)調(diào)度模擬程序進(jìn)行設(shè)置；

數(shù)字信號(hào)處理單元31，包括DSP(digital signal processor，數(shù)字信號(hào)處理器)，DSP與輸入單元33連接，作為電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器3的控制單元，用于存儲(chǔ)風(fēng)電機(jī)組的功率曲線、變槳距控制器1的增益表和電網(wǎng)調(diào)度模擬程序并根據(jù)輸入單元33的設(shè)置進(jìn)行更改、即對(duì)鼠標(biāo)移動(dòng)和鍵盤按鍵等事件做出響應(yīng)，用于計(jì)算設(shè)定功率、并將設(shè)定功率分別發(fā)送給雙向脈寬調(diào)制型變頻器2和顯示單元32，還用于將輸出功率發(fā)送給顯示單元32；

顯示單元32，包括嵌入式顯示屏，分別與輸入單元33和數(shù)字信號(hào)處理單元31連接，用于將所述輸出功率和設(shè)定功率在同一時(shí)間軸上進(jìn)行顯示；進(jìn)一步的，顯示內(nèi)容還包括風(fēng)電機(jī)組功率曲線、增益表、雙饋異步發(fā)電機(jī)8轉(zhuǎn)速、定子電壓、定子電流等數(shù)據(jù)。

電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器3的工作方式如下：

自動(dòng)模式：電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器3接收雙饋異步發(fā)電機(jī)8的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理單元31中存儲(chǔ)的功率曲線得到有功功率，根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理單元31中存儲(chǔ)的電網(wǎng)調(diào)度模擬程序得到無功功率，將包含有功功率和無功功率的設(shè)定功率發(fā)送給雙向脈寬調(diào)制型變頻器2；

手動(dòng)模式：電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器3根據(jù)輸入單元33對(duì)功率曲線的設(shè)置得到有功功率，實(shí)現(xiàn)模擬電網(wǎng)調(diào)度，根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理單元31中存儲(chǔ)的電網(wǎng)調(diào)度模擬程序得到無功功率，將包含有功功率和無功功率的設(shè)定功率發(fā)送給雙向脈寬調(diào)制型變頻器2。

進(jìn)一步的，手動(dòng)模式還包括：電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器3根據(jù)輸入單元33對(duì)變槳距控制器1的增益表的設(shè)置，更改變槳距控制器1的增益表。具體的，通過鍵盤和鼠標(biāo)更改變槳距控制器1的增益表，從而觀察在不同增益表控制下槳距角控制的特性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)增益表的優(yōu)化。

參見圖3，為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于雙饋異步雙饋異步發(fā)電機(jī)8的風(fēng)電機(jī)組仿真系統(tǒng)的實(shí)施原理框圖，如圖3所示，利用本發(fā)明提供的基于雙饋異步雙饋異步發(fā)電機(jī)8的風(fēng)電機(jī)組仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬時(shí)，采用PI控制，從雙饋異步雙饋異步發(fā)電機(jī)8得到上一時(shí)刻的轉(zhuǎn)速ω_gen，經(jīng)低通濾波后得到轉(zhuǎn)速信號(hào)作為變槳距控制器1的輸入，轉(zhuǎn)速信號(hào)與雙饋異步雙饋異步發(fā)電機(jī)8的額定轉(zhuǎn)速的偏差作為PI控制器的輸入，PI控制器輸出參考槳距角θ_ref,參考槳距角θ_ref與當(dāng)前槳距角的差值除以控制周期得到下一步控制的變槳速率，變槳速率經(jīng)過變槳速率限制調(diào)節(jié)且參考槳距角θ_ref經(jīng)過變槳機(jī)械角度限制調(diào)節(jié)后得到下一時(shí)刻的槳距角信號(hào)θ，將槳距角信號(hào)θ返回到風(fēng)力機(jī)模擬制器4；在功率接近額定值的時(shí)候，由于選擇的槳距角為輸出功率最大化的最佳槳距角，氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)槳距角的敏感性很小，與高風(fēng)速時(shí)相比，需要更高的控制器增益；在高風(fēng)速時(shí)，槳距角的很小變化就會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生很大的影響；通常情況下風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨槳距角變化的敏感性成線性改變，因此可以通過改變變槳距控制器1的總體增益，利用其與槳距角成反比的關(guān)系來補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器3，采集雙饋異步發(fā)電機(jī)8的轉(zhuǎn)速，通過查風(fēng)電機(jī)組的功率曲線確定最佳設(shè)定功率，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。

由上述實(shí)施例可見，本發(fā)明提供的基于雙饋異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組仿真系統(tǒng)，可通過電網(wǎng)調(diào)度模擬控制器可模擬風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度的響應(yīng)特性；利用變槳距控制器輸出風(fēng)力機(jī)槳距角，可結(jié)合風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)特性模擬風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，更貼近實(shí)際應(yīng)用工況，全面檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實(shí)踐這里發(fā)明的公開后，將容易想到本發(fā)明的其它實(shí)施方案。本申請(qǐng)旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說明書和實(shí)施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。