一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置,包括PLC控制器、異步電動(dòng)機(jī)、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)、拖動(dòng)變頻器、配電柜、轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器、電能質(zhì)量分析儀和開關(guān)柜、同軸聯(lián)軸器及其電機(jī)支架,裝置通過(guò)采集氣象站實(shí)時(shí)風(fēng)況,將數(shù)據(jù)傳送給PLC控制器,模擬實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機(jī)的槳葉及風(fēng)輪情況,控制器模擬計(jì)算風(fēng)輪出力,并將轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)輸出給拖動(dòng)變頻器,變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),電動(dòng)機(jī)同軸拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)接勵(lì)磁變頻器,定子側(cè)通過(guò)保護(hù)器件接入負(fù)載柜,轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁電流由電動(dòng)機(jī)頻率和發(fā)電機(jī)定子輸出頻率計(jì)算得出,實(shí)現(xiàn)頻率閉環(huán)控制,保證定子頻率恒定輸出,轉(zhuǎn)子側(cè)通過(guò)制動(dòng)電阻或能量回饋電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)雙饋工作模式。
【專利說(shuō)明】一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器領(lǐng)域,具體涉及一種雙饋風(fēng)力發(fā)電能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中實(shí)現(xiàn)頻率閉環(huán)控制及電能質(zhì)量檢測(cè)的動(dòng)模實(shí)驗(yàn)裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)倍受各國(guó)及國(guó)家可再生能源發(fā)電的重視,如何更直接、有效的研究風(fēng)電技術(shù)是研究者面臨的重點(diǎn)和難點(diǎn),鑒于風(fēng)電場(chǎng)位置、特殊環(huán)境,無(wú)法順利完成實(shí)驗(yàn)任務(wù),這種自然條件和現(xiàn)場(chǎng)條件給實(shí)驗(yàn)條件帶來(lái)很大的困難。實(shí)驗(yàn)室搭建能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)臺(tái)、一定條件下模擬風(fēng)速的突變性和不定性及動(dòng)態(tài)模擬控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建迫在眉睫。通過(guò)有效搭建風(fēng)功率模擬試驗(yàn)系統(tǒng),最終實(shí)現(xiàn)模擬風(fēng)力機(jī)各種風(fēng)況狀態(tài)進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)各種技術(shù)的研究。
[0003]風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展,帶動(dòng)控制技術(shù)成為研究的熱點(diǎn),風(fēng)電場(chǎng)機(jī)型越來(lái)越偏重于雙饋電機(jī)和永磁電機(jī)。變速恒頻已是研究的熱點(diǎn),如何提高雙饋感應(yīng)式發(fā)電機(jī)發(fā)電效率的問(wèn)題越來(lái)越突出,隨著風(fēng)速(發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速)的變化,如何控制轉(zhuǎn)子繞組饋入相應(yīng)頻率的勵(lì)磁電流,首先要對(duì)雙饋感應(yīng)式發(fā)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子側(cè)的頻率實(shí)時(shí)關(guān)系做出精確的控制,控制測(cè)量出定轉(zhuǎn)子側(cè)的頻率關(guān)系,并分析和判斷雙饋發(fā)電機(jī)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)行情況,為實(shí)現(xiàn)頻率閉環(huán)控制提供依據(jù)。所以風(fēng)力發(fā)電的頻率檢測(cè)和分析是有必要的。
[0004]目前為止,現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)臺(tái)大多只是完成一種發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)實(shí)驗(yàn),忽略雙饋發(fā)電機(jī)系各部分功能的獨(dú)立性、性價(jià)比不是很高,且存在效果差等問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置及控制方法,其目的是解決雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子頻率的控制問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置頻率獨(dú)立控制,提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置,該裝置包括PLC控制器、異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)、拖動(dòng)變頻器、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器、配電柜、開關(guān)柜、負(fù)載柜、同軸對(duì)拖聯(lián)軸器及其電機(jī)支架;PC機(jī)接收GPRS傳來(lái)的風(fēng)況數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后向PLC控制器發(fā)出控制信號(hào);PLC控制器一方面通過(guò)通訊總線與拖動(dòng)變頻器連接,PLC控制器另一方面通過(guò)通訊總線與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器連接,PLC控制器控制拖動(dòng)變頻器和雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器;拖動(dòng)變頻器驅(qū)動(dòng)異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速,異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)同軸對(duì)拖聯(lián)軸器同軸連接,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器配有制動(dòng)電阻或具有四象限運(yùn)行功能進(jìn)行電能回饋;雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器通過(guò)第一開關(guān)柜與配電柜連接,拖動(dòng)變頻器通過(guò)第二開關(guān)柜與配電柜連接,配電柜與配電變壓器連接,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器通過(guò)第一開關(guān)柜取電,拖動(dòng)變頻器通過(guò)第二開關(guān)柜取電;雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子通過(guò)保護(hù)器件開關(guān)柜與負(fù)載柜相連接。
[0008]在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置中的拖動(dòng)變頻器和雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子出線側(cè)接入電能質(zhì)量分析儀,實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)電能輸入和輸出的波形、頻率、電壓。
[0009]在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置中的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子和雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器接入測(cè)量?jī)x,測(cè)量雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓、頻率。
[0010]在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置中的拖動(dòng)變頻器直流側(cè)并連chopper電阻保護(hù)電路,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器連接crowbar電路,起到低電壓穿越功倉(cāng)泛。
[0011]在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置中的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器進(jìn)線側(cè)接入濾波電抗器,有效地保護(hù)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器和改善功率因數(shù)。
[0012]一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置的控制方法,包括以下步驟:
[0013](I)采集雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速及雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子電壓頻率,
[0014](2)計(jì)算得出雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流頻率及其旋轉(zhuǎn)方向,
[0015](3)調(diào)節(jié)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流頻率,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
[0016]一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置的控制方法,通過(guò)電能質(zhì)量分析儀測(cè)量雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子電壓的頻率信號(hào)Π,將雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子電壓的頻率信號(hào)fl與給定的信號(hào)fo比較后得到Af,采集的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速η經(jīng)過(guò)(ρ/60)*η處理與Δ f進(jìn)行求和計(jì)算后送入PLC控制器中的PID控制模塊,PID控制模塊輸出勵(lì)磁電流頻率信號(hào)控制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器,通過(guò)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器改變雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率,最終實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,其中P為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)。
[0017]一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置的控制方法,通過(guò)光電編碼器采集雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速η。
[0018]一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置的控制方法,通過(guò)監(jiān)測(cè)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器輸出的勵(lì)磁電流頻率旋轉(zhuǎn)方向確定雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài),當(dāng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器輸出的勵(lì)磁電流頻率旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎龝r(shí),雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作在亞同步狀態(tài);當(dāng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器輸出的勵(lì)磁電流頻率旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樨?fù)時(shí),雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作在超同步狀態(tài);當(dāng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器輸出的勵(lì)磁電流為零時(shí),雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作在同步狀態(tài)。
[0019]利用上述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置,可實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的同步運(yùn)行、超同步運(yùn)行和亞同步運(yùn)行三種運(yùn)行方式。
[0020]當(dāng)PC機(jī)根據(jù)實(shí)際風(fēng)場(chǎng)的各種運(yùn)行工況,模擬各種風(fēng)資源條件下的機(jī)組槳葉及風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)情況,然后通過(guò)PLC控制器控制拖動(dòng)變頻器驅(qū)動(dòng)異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī),通過(guò)異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行,此時(shí),電能質(zhì)量測(cè)量?jī)x器開始采集雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子運(yùn)行信息并傳送給控制系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng),在PC機(jī)操作界面上,可以進(jìn)行不同工況的選擇模擬,也可以動(dòng)態(tài)模擬風(fēng)速風(fēng)向信息,還可以進(jìn)行雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)三種運(yùn)行模式能量流動(dòng)模擬,觀察到機(jī)組同步、亞同步、超同步狀態(tài)的勵(lì)磁電流頻率的調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)過(guò)程。
[0021]該實(shí)驗(yàn)裝置的變頻器控制策略如下:雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速改變而改變,轉(zhuǎn)速改變也即意味著雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率fm發(fā)生改變,這就要求控制轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流頻率fr以保證雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定子輸出頻率fl與電網(wǎng)頻率保持恒定一致,它們之間的關(guān)系為:
[0022]= fm+fr(I)
[0023]PLC控制器根據(jù)采集的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率及定子電壓的頻率,經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)計(jì)算給勵(lì)磁變頻器頻率控制信號(hào),保證雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子側(cè)頻率保持恒定不變。根據(jù)式(I)所示,當(dāng)超同步運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子頻率fm超過(guò)同步轉(zhuǎn)速,勵(lì)磁電流頻率fr旋轉(zhuǎn)方向反向;當(dāng)亞同步運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子頻率fm在同步轉(zhuǎn)速之下,勵(lì)磁電流頻率fr旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎颉?br>
[0024]雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)變速恒頻控制方法,主要利用模擬風(fēng)力機(jī)吸收風(fēng)能,根據(jù)風(fēng)力機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速的變化,相應(yīng)的控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率,保持DFIG輸出的電壓頻率與電網(wǎng)保持一致。主要采用光電編碼器,測(cè)量出發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。根據(jù)已知的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速na、發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速\和定子電流頻率fI = 50Hz,將na、ne和fl帶入⑵式和(3)式,⑵式和
(3)式是關(guān)于勵(lì)磁電流頻率fr和編碼器檢測(cè)到的DFIG轉(zhuǎn)速信號(hào)的關(guān)系。
[0025]亞同步狀態(tài):轉(zhuǎn)子的電流頻率:
[0026]fr = 50_50*na/ne(2)
[0027]超同步狀態(tài):饋入DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)的電流頻率為:
[0028]fr = 50*na/ne_50(3)
[0029]該實(shí)驗(yàn)裝置的PC機(jī)模擬數(shù)據(jù)庫(kù)中風(fēng)速和風(fēng)向進(jìn)行實(shí)驗(yàn),還可以實(shí)時(shí)采集真實(shí)風(fēng)場(chǎng)中的風(fēng)速和風(fēng)向的數(shù)據(jù),通過(guò)控制器編寫動(dòng)態(tài)模擬程序?qū)λ@數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)功率模擬,進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬,然后根據(jù)這些模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
[0030]本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)臺(tái)相比,優(yōu)點(diǎn)如下:
[0031]1、本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置具有較好的系統(tǒng)柔性連接及系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性,可以完成動(dòng)態(tài)模擬頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)中,變頻器對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)三種運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程。
[0032]2、本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置不僅支持PC機(jī)模擬數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)設(shè)的不同風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行實(shí)驗(yàn)還支持實(shí)時(shí)的風(fēng)場(chǎng)檢測(cè)的風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬風(fēng)功率實(shí)驗(yàn)。
[0033]3、本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置可以模擬不同風(fēng)速下的風(fēng)機(jī)機(jī)械特性及風(fēng)功率,轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩模擬實(shí)驗(yàn)、機(jī)組的控制性能、輸出功率特性及電能質(zhì)量在線檢測(cè)和分析。
[0034]4、本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置可以完成對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性實(shí)驗(yàn),定轉(zhuǎn)子側(cè)的頻率特性實(shí)驗(yàn)。
[0035]5、本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置中的通訊網(wǎng)絡(luò)采用國(guó)際通用的現(xiàn)場(chǎng)總線、接口及通訊網(wǎng)絡(luò),可以進(jìn)行二次開發(fā)。
[0036]6、本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能及演示功能,可以了解現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)情況,滿足多方位教學(xué)。
[0037]7、本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置中的可編程控制器開放,支持下載自己編寫的控制策略,方便進(jìn)行控制策略的實(shí)驗(yàn)研究。
[0038]本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置涉及頻率閉環(huán)控制發(fā)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)及測(cè)試方法,能滿足目前國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)要求和教學(xué)要求,可對(duì)整機(jī)關(guān)鍵部件和系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高,具備先進(jìn)行和經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置填補(bǔ)了已有實(shí)驗(yàn)臺(tái)的不足之處,滿足了多方位教學(xué)的需求,實(shí)現(xiàn)了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制能量轉(zhuǎn)換及雙饋感應(yīng)式發(fā)電機(jī)相關(guān)實(shí)驗(yàn),在操作之前可以在PC機(jī)選擇其中一種風(fēng)況,其檢測(cè)實(shí)驗(yàn)范圍包括從原始的風(fēng)到輸出電能質(zhì)量,能讓實(shí)驗(yàn)人員能夠更加深入了解相關(guān)風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理及控制技術(shù)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
:
[0039]圖1雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制試驗(yàn)裝置示意圖。
[0040]圖2雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制試驗(yàn)裝置能量流動(dòng)圖。
[0041]圖3雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)亞同步狀態(tài)勵(lì)磁電流頻率閉環(huán)控制示意圖。
[0042]圖4雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)超同步狀態(tài)勵(lì)磁電流頻率閉環(huán)控制示意圖。
[0043]圖5雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器控制策略圖。
[0044]圖6雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制試驗(yàn)裝置控制流程圖
[0045]圖7雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁控制流程圖
[0046]圖8變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)模擬試驗(yàn)示意圖。
[0047]圖9異步電動(dòng)機(jī)的控制策略圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0049]如圖1所示,本發(fā)明的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置包括PLC控制器,全功率拖動(dòng)變頻器,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器,鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)M,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)DFIG,開關(guān)柜,負(fù)載柜,電能質(zhì)量分析儀及PC機(jī);PLC控制器連接至雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器供電系統(tǒng)通過(guò)開關(guān)柜連接至配電柜,配電柜連接至配電變壓器,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器輸出端連接至雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組,為轉(zhuǎn)子繞組提供勵(lì)磁電流,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)同軸聯(lián)軸器機(jī)械連接,并且能量可以雙向流動(dòng),雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子側(cè)通過(guò)保護(hù)器件開關(guān)柜與負(fù)載柜連接;異步電動(dòng)機(jī)連接至拖動(dòng)變頻器上,拖動(dòng)變頻器電源通過(guò)開關(guān)柜由配電柜提供,拖動(dòng)變頻器接收PLC控制器的控制信號(hào);PLC控制器與PC機(jī)連接。PC機(jī)通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸信號(hào)接收風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)采集,經(jīng)過(guò)PC機(jī)數(shù)據(jù)處理,為PLC控制器模擬風(fēng)速風(fēng)向做準(zhǔn)備;PLC控制器通過(guò)以太網(wǎng)與PC機(jī)連接,PLC控制器是通過(guò)通信總線與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器和拖動(dòng)變頻器進(jìn)行通訊的。
[0050]在拖動(dòng)變頻器和雙饋發(fā)電機(jī)定子側(cè)連接相同的電能質(zhì)量分析儀的目的是為了測(cè)量和分析雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能的質(zhì)量和發(fā)電效率,可以實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)中的頻率、電壓和電流動(dòng)態(tài),實(shí)時(shí)顯示出波形,配電柜的電能,定轉(zhuǎn)子輸出電壓頻率等實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)均通過(guò)人機(jī)界面顯示。
[0051]本實(shí)驗(yàn)裝置利用變頻器實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)頻率閉環(huán)控制,更好的穩(wěn)定電壓頻率,穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行;同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)能量高效轉(zhuǎn)換,利用兩套變頻器實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁電壓頻率,利用PLC編程實(shí)現(xiàn)頻率閉環(huán)控制要求。
[0052]由空氣動(dòng)力學(xué)公式可知,風(fēng)力機(jī)的機(jī)械功率Tm和風(fēng)速V關(guān)系如下:
P =\^SCp
'I,, --=^ p^'sc —
[0053]^2^
;2π?η⑷
Λ =-
V
份?,=Νω'ν
[0054]式中,P:空氣密度kg/m3 ;R:風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪半徑m ; λ:葉尖速比;Cp是β和λ函數(shù);η:風(fēng)輪轉(zhuǎn)速r/s ; ωψ:風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度rad/s ;Pffl:風(fēng)力機(jī)的機(jī)械功率;Tm:風(fēng)力機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩;β:風(fēng)力機(jī)葉片對(duì)應(yīng)的槳距角;η:風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速;ν是風(fēng)速(m/s);式(4)是模擬風(fēng)力機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
[0055]Cp = (0.44- 0.0167(^)sii|-0.001 Η4,λ-3)θ
'(5)
I _ I 0.035
[0056]2-0.08/?"/?'+1(6)
[0057]在一定的區(qū)域內(nèi)可以認(rèn)為空氣密度P,風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪半徑R為定值,根據(jù)測(cè)量風(fēng)速值的分析,劃分風(fēng)速三個(gè)區(qū)域,切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切除出風(fēng)速;風(fēng)向劃分為尋找原點(diǎn)方向、給定方向兩個(gè)方向,根據(jù)測(cè)量的風(fēng)速/風(fēng)向的實(shí)際值,與劃定值比較取差值進(jìn)行合理處理。在切入風(fēng)速之前設(shè)定槳距角完全開槳狀態(tài)即β =3°范圍內(nèi)運(yùn)行,隨著風(fēng)速的變化風(fēng)速在切入風(fēng)速和額定風(fēng)速之間變化時(shí)槳距角β隨之變化,達(dá)到風(fēng)功率額定輸出,風(fēng)速在額定風(fēng)速和切出風(fēng)速之間變化時(shí),葉片槳距角為順槳狀態(tài)β =89°附近。
[0058]根據(jù)PC機(jī)采集的風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù),模擬出各種風(fēng)資源條件下的機(jī)組風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)情況,確定風(fēng)機(jī)應(yīng)處的運(yùn)行工況。
[0059]當(dāng)風(fēng)速處在切入風(fēng)速和額定風(fēng)速之間,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于亞同步狀態(tài),為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子電流頻率保持穩(wěn)定值,電能質(zhì)量分析儀開始采集系統(tǒng)運(yùn)行信息并傳送給控制系統(tǒng),這時(shí)PLC控制器根據(jù)給定的風(fēng)速信號(hào)驅(qū)動(dòng)變頻器勵(lì)磁系統(tǒng),給雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流。
[0060]當(dāng)風(fēng)速處于額定風(fēng)速和切出風(fēng)速之間時(shí),雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于超同步狀態(tài),為保證雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子輸出的電流頻率為50Hz,電能質(zhì)量分析儀開始采集系統(tǒng)運(yùn)行信息并傳送給控制系統(tǒng),這時(shí)PLC控制器根據(jù)給定的風(fēng)速信號(hào)驅(qū)動(dòng)變頻器勵(lì)磁系統(tǒng),給定方向相反的勵(lì)磁電流。
[0061]本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置是通過(guò)PC機(jī)采集風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù),根據(jù)建立的風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模型對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)功率預(yù)測(cè)模擬,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)可存入數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)人機(jī)界面顯示,由模擬的風(fēng)功率數(shù)據(jù)控制變頻器,從而控制拖動(dòng)系統(tǒng),模擬真實(shí)風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)。
[0062]本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置特點(diǎn)就是利用根據(jù)模擬的各種風(fēng)況,變頻器可調(diào)節(jié)雙饋發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流頻率,保證定子的電流頻率穩(wěn)定在一定范圍;利用變頻器實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切出風(fēng)速過(guò)程?;驹硎?通過(guò)異步電動(dòng)機(jī)代替風(fēng)輪機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行,根據(jù)PC機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中的預(yù)置的風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)模擬風(fēng),依據(jù)模擬的風(fēng)的數(shù)據(jù)控制PLC控制器,PLC控制器向控制單元輸出控制信號(hào),根據(jù)信號(hào)的不同,發(fā)電機(jī)處于不同的運(yùn)行狀態(tài),變頻器給出不同的勵(lì)磁電流頻率,這樣可以根據(jù)風(fēng)速情況對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行在亞同步狀態(tài),調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在變頻器的允許范圍內(nèi)運(yùn)行。
[0063]測(cè)量的風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS傳送到PC機(jī),在PC機(jī)中進(jìn)行處理,經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)插補(bǔ)和代替后,將數(shù)據(jù)存入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中,根據(jù)測(cè)量模塊從當(dāng)前風(fēng)電場(chǎng)處理,以當(dāng)前風(fēng)電場(chǎng)出力為依據(jù),歷史數(shù)據(jù)作為修整量進(jìn)行風(fēng)功率預(yù)測(cè),得到風(fēng)功率預(yù)測(cè)范圍,同時(shí)對(duì)風(fēng)功率進(jìn)行風(fēng)能量的評(píng)估,其結(jié)果被存入風(fēng)功率數(shù)據(jù)中。
[0064]如圖2所示,實(shí)線部分為亞同步狀態(tài)能量流動(dòng)狀態(tài)圖示,虛線部分為超同步狀態(tài)能量流動(dòng)狀態(tài)圖示。亞同步狀態(tài)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子發(fā)出電能向負(fù)載柜流出。轉(zhuǎn)子電能由電網(wǎng)向雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流。超同步狀態(tài)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子發(fā)出電能向負(fù)載柜流出。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)出電能回饋電網(wǎng)或由勵(lì)磁變頻器制動(dòng)電阻消耗。
[0065]如圖3所示,當(dāng)PC機(jī)中風(fēng)況運(yùn)行在低風(fēng)速狀態(tài),PC機(jī)向PLC控制器發(fā)出信號(hào),接著PLC向拖動(dòng)變頻器和雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器給出合適的工作指令,拖動(dòng)變頻器根據(jù)PLC中實(shí)時(shí)的模擬風(fēng)速數(shù)據(jù)控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而改變雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速,根據(jù)編碼器讀上來(lái)的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù),電能質(zhì)量分析儀監(jiān)測(cè)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子側(cè)的電壓的頻率。反饋到PLC中通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算f;,利用PID頻率閉環(huán)控制,通過(guò)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器給雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行勵(lì)磁,從而實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子頻率恒定輸出。
[0066]如圖4所示,當(dāng)PC機(jī)中風(fēng)況運(yùn)行額定風(fēng)速和切出風(fēng)速之間時(shí),向PLC發(fā)出指令,PLC分別給拖動(dòng)變頻器和雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器合適的工作指令,此時(shí)異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速之上,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子輸出的電能被負(fù)載柜消耗;由于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子超同步運(yùn)行,定子磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),產(chǎn)生的電能通過(guò)轉(zhuǎn)子繞組流經(jīng)變頻器機(jī)側(cè)向直流母線饋電,實(shí)現(xiàn)變頻器反相饋電功能。根據(jù)編碼器讀上來(lái)的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù),電能質(zhì)量分析儀監(jiān)測(cè)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子側(cè)的電壓的頻率。反饋到PLC中通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算f;,利用PID頻率閉環(huán)控制,通過(guò)變頻器給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行勵(lì)磁,轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)勵(lì)磁變頻器提供反相勵(lì)磁。從而實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子頻率恒定輸出。
[0067]如圖5所示,通過(guò)電能質(zhì)量分析儀測(cè)量雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子電壓的頻率信號(hào)fl,將雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子電壓的頻率信號(hào)fl與給定的信號(hào)fo比較后得到Af,采集的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速η經(jīng)過(guò)(p/60) *n處理與Λ f進(jìn)行求和計(jì)算后送入PLC控制器中的PID控制模塊,PID控制模塊輸出勵(lì)磁電流頻率信號(hào)控制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器,通過(guò)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器改變轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率,最終實(shí)現(xiàn)“交流勵(lì)磁”。
[0068]對(duì)于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī),有p*n/60+fm = fl ;fl、fm為DFIG定子和轉(zhuǎn)子的電流頻率;η、P分別為DFIG機(jī)械轉(zhuǎn)速和極對(duì)數(shù)。有上式可知,當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速改變時(shí),通過(guò)變頻器適當(dāng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流的頻率,可以保持定子輸出的電能質(zhì)量的頻率恒定,發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著風(fēng)速的變化,引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率s變化,當(dāng)O < s < 1,DFIG轉(zhuǎn)子輸入的有功率為ρ2 >O,定子相負(fù)載柜輸出有功功率,配電柜通過(guò)變頻器向轉(zhuǎn)子饋入功率,DFIG亞同步狀態(tài),當(dāng)S< O時(shí)Ρ2 < 0,DFIG定子向負(fù)載柜饋入電能,負(fù)載柜消耗電能,轉(zhuǎn)子通過(guò)變頻器回饋電能;s = O時(shí)p2 = 0,DFIG定子向負(fù)載柜輸出電能,變頻器提供轉(zhuǎn)子直流勵(lì)磁,轉(zhuǎn)子與變頻器無(wú)能量交換,DFIG處于同步狀態(tài)。
[0069]如圖6所示,在操作界面上選擇風(fēng)速類型、大小,控制器啟動(dòng)風(fēng)速風(fēng)向模擬系統(tǒng);安全鏈系統(tǒng)狀態(tài)刷新,檢測(cè)硬件連接情況,操作系統(tǒng)開始初始化,檢測(cè)系統(tǒng)是否正常;啟動(dòng)變槳系統(tǒng),葉片執(zhí)行開槳?jiǎng)幼?;同時(shí)風(fēng)向模擬系統(tǒng)向控制器給出風(fēng)向位置,啟動(dòng)偏航對(duì)風(fēng)系統(tǒng);完成后,啟動(dòng)拖動(dòng)系統(tǒng),拖動(dòng)變頻器驅(qū)動(dòng)異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī),帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn),控制器發(fā)出勵(lì)磁信號(hào),給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流頻率信號(hào),發(fā)電機(jī)輸出電能,上位機(jī)顯示系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)。
[0070]如圖7所示,風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型安全系統(tǒng)正常,上電正常,通過(guò)PLC控制器編寫動(dòng)態(tài)風(fēng)功率模擬程序調(diào)節(jié)拖動(dòng)變頻器驅(qū)動(dòng)異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn),采集風(fēng)速V和發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速η的大小,這里設(shè)置切入風(fēng)速為3m/s, n = 580rpm,如達(dá)到條件,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流頻率和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流頻率做比較經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)后,驅(qū)動(dòng)變頻器勵(lì)磁系統(tǒng)給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流頻率,保持發(fā)電機(jī)定子電流頻率為50Hz運(yùn)行。
[0071 ] 如圖8所示,本實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)電機(jī)定子側(cè)不并網(wǎng),但是具有模擬并網(wǎng)的功能。通過(guò)PC給定的風(fēng)況,PLC控制器采集DFIG定子的電壓、電流,轉(zhuǎn)子電壓、電流,電機(jī)的轉(zhuǎn)速,驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)變頻器控制異步電動(dòng)機(jī),異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)DFIG轉(zhuǎn)動(dòng),電能質(zhì)量分析采集的數(shù)據(jù)經(jīng)控制器進(jìn)行合理分析改變DFIG轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流頻率,即實(shí)現(xiàn)頻率閉環(huán)控制及能量轉(zhuǎn)換功能。
[0072]如圖9所示,對(duì)于模擬拖動(dòng)系統(tǒng)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù),直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制后的一種變頻調(diào)速技術(shù)。其基本思想通過(guò)測(cè)量所得母線電壓和電機(jī)定子的電流,計(jì)算出電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩,根據(jù)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的估算值和給定值比較得到的差值,達(dá)到磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接控制的目的。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù),是利用矢量、定子磁場(chǎng)定向分析方法,直接在定子坐標(biāo)系下進(jìn)行分析異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,計(jì)算控制異步電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩,采用離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器,把轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值和給定值進(jìn)行比較,轉(zhuǎn)矩波動(dòng)在一定的范圍內(nèi),容差的大小有頻率調(diào)節(jié)來(lái)控制,并產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號(hào),直接對(duì)IGBT的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制,獲得高性能的轉(zhuǎn)矩輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置,其特征在于:該裝置包括PLC控制器、異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)、拖動(dòng)變頻器、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器、配電柜、開關(guān)柜、負(fù)載柜、同軸對(duì)拖聯(lián)軸器及其電機(jī)支架;PC機(jī)接收GPRS傳來(lái)的風(fēng)況數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后向PLC控制器發(fā)出控制信號(hào);PLC控制器一方面通過(guò)通訊總線與拖動(dòng)變頻器連接,PLC控制器另一方面通過(guò)通訊總線與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器連接,PLC控制器控制拖動(dòng)變頻器和雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器;拖動(dòng)變頻器驅(qū)動(dòng)異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速,異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)同軸對(duì)拖聯(lián)軸器同軸連接,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器配有制動(dòng)電阻或具有四象限運(yùn)行功能進(jìn)行電能回饋;雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器通過(guò)第一開關(guān)柜與配電柜連接,拖動(dòng)變頻器通過(guò)第二開關(guān)柜與配電柜連接,配電柜與配電變壓器連接,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器通過(guò)第一開關(guān)柜取電,拖動(dòng)變頻器通過(guò)第二開關(guān)柜取電;雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子通過(guò)保護(hù)器件開關(guān)柜與負(fù)載柜相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置,其特征在于:拖動(dòng)變頻器和雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子出線側(cè)接入電能質(zhì)量分析儀,實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)電能輸入和輸出的波形、頻率、電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置,其特征在于:雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子和雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器接入測(cè)量?jī)x,測(cè)量雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓、頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置,其特征在于:拖動(dòng)變頻器直流側(cè)并連chopper電阻保護(hù)電路,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器連接crowbar電路,起到低電壓穿越功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置,其特征在于:在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器進(jìn)線側(cè)接入濾波電抗器,有效地保護(hù)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器和改善功率因數(shù)。
6.一種如權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)裝置的控制方法,其特征在于:包括以下步驟: (1)采集雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速及雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子電壓頻率; (2)計(jì)算得出雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流頻率及其旋轉(zhuǎn)方向; (3)調(diào)節(jié)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流頻率,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法,其特征在于:通過(guò)電能質(zhì)量分析儀測(cè)量雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子電壓的頻率信號(hào)Π,將雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子電壓的頻率信號(hào)fl與給定的信號(hào)fo比較后得到Λ f,采集的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速η經(jīng)過(guò)(p/60)*η處理與Af進(jìn)行求和計(jì)算后送入PLC控制器中的PID控制模塊,PID控制模塊輸出勵(lì)磁電流頻率信號(hào)控制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器,通過(guò)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器改變雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率,最終實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,其中P為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制方法,其特征在于:通過(guò)光電編碼器采集雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速η。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法,其特征在于:通過(guò)監(jiān)測(cè)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器輸出的勵(lì)磁電流頻率旋轉(zhuǎn)方向確定雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài),當(dāng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器輸出的勵(lì)磁電流頻率旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎龝r(shí),雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作在亞同步狀態(tài);當(dāng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器輸出的勵(lì)磁電流頻率旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樨?fù)時(shí),雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作在超同步狀態(tài);當(dāng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變頻器輸出的勵(lì)磁電流為零時(shí),雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作在同步狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】H02P9/14GK104242762SQ201410541081
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】張飛, 呂曉琪, 郝斌, 劉丕亮, 徐曉鳳, 張玉杰, 劉敏麗, 張曉麗 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)