Dfig風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)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DFIG風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)裝置,包括風(fēng)力發(fā)電模塊、風(fēng)力并網(wǎng)模塊和負(fù)載模塊。其中所述風(fēng)力發(fā)電模塊包括拖動(dòng)電機(jī)、雙饋異步發(fā)電機(jī)以及三相PWM變換器，風(fēng)力并網(wǎng)模塊包括三相PWM變換器。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)在理想電網(wǎng)條件下并網(wǎng)模塊改進(jìn)直接功率控制的研究，與傳統(tǒng)直接功率控制相比減少了功率波動(dòng)和電流畸變率，并且其開關(guān)頻率固定，電流諧波也較為集中，有利于濾波器的設(shè)計(jì)。利用本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)裝置可以進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)，風(fēng)力并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，以及不平衡條件下的風(fēng)力并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)等多種電力電子實(shí)驗(yàn)，不僅能夠加深對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)對(duì)于更大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)項(xiàng)目的實(shí)施具有深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。
【專利說明】DFIG風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種供配電實(shí)驗(yàn)裝置，特別是一種DFIG風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，建立起具有以風(fēng)能為代表的供配電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源危機(jī)及環(huán)境污染日益惡化，越來越多的國家開始積極開發(fā)如太陽能、風(fēng)能、海洋能(包括潮汐能和波浪能)等可再生新能源部分可再生能源利用技術(shù)已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，并在世界各地形成了一定的規(guī)模。目前，太陽能、風(fēng)能以及水力發(fā)電、地?zé)崮艿鹊睦眉夹g(shù)已經(jīng)得到了應(yīng)用。這些能源對(duì)于地球來講是取之不盡、用之不竭的健康能源，它們必將成為今后替代能源主流。這些可再生能源開發(fā)與利用過程中大多被轉(zhuǎn)化為電能的形式為社會(huì)各個(gè)行業(yè)所利用。電能是清潔的二次能源，使用方便受到廣泛應(yīng)用。因此，可再生能源發(fā)電技術(shù)就成為了可再生能源開發(fā)應(yīng)用的最關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]作為一種清潔的可再生能源，風(fēng)能不需要使用燃料，也不會(huì)產(chǎn)生輻射或空氣污染。風(fēng)力發(fā)電站基建周期短、裝機(jī)規(guī)模靈活，發(fā)電成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于太陽能、潮汐能等可再生能源，并且其性價(jià)比正在形成與煤電、水電的競爭優(yōu)勢。因而，越來越多的受到世界各國的關(guān)注和重視。從國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢看，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)必將得到相應(yīng)的發(fā)展，以滿足日益擴(kuò)大的市場需求，減輕不斷增大的環(huán)境壓力。
[0004]風(fēng)力發(fā)電就是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。由于風(fēng)能是一種具有隨機(jī)性、爆發(fā)性、不穩(wěn)定性特性的能源，導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)的輸出功率也會(huì)隨著風(fēng)速變化而變化，因而風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率控制就顯得異常重要。變速恒頻雙饋感應(yīng)異步電機(jī)(DFIG)發(fā)電系統(tǒng)是目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中應(yīng)用較廣的一種。其最大優(yōu)勢在于，電機(jī)的勵(lì)磁變換器容量將大大降低，約為發(fā)電機(jī)容量的0.1-0.3倍，因而整個(gè)系統(tǒng)成本變得相對(duì)較低。由于采用的發(fā)電機(jī)為雙饋感應(yīng)異步電機(jī)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不存在退磁等問題，因而目前得到廣泛應(yīng)用。
[0005]隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的高速發(fā)展，直接功率控制以其動(dòng)態(tài)性能優(yōu)秀以及在電網(wǎng)電壓不平衡故障下能夠保持有功、無功功率恒定的優(yōu)點(diǎn)獲得越來越多的專家學(xué)者以及風(fēng)電廠商的關(guān)注。力圖在不損害直接功率控制動(dòng)態(tài)性能的前提下改善其穩(wěn)態(tài)性能，抑制有功、無功功率、電磁轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，降低電流的諧波成分，獲得固定的開關(guān)頻率，以簡化電力濾波器的設(shè)計(jì)等；并進(jìn)一步研究在電網(wǎng)電壓不平衡條件下的改進(jìn)直接功率控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種DFIG風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，通過實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證網(wǎng)側(cè)變換器控制策略的正確性和有效性，為直接功率控制策略在雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的工程應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種DFIG風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，包括風(fēng)力發(fā)電模塊、風(fēng)力并網(wǎng)模塊和負(fù)載模塊；其中所述風(fēng)力發(fā)電模塊包括拖動(dòng)電機(jī)、雙饋異步發(fā)電機(jī)以及三相PWM變換器，風(fēng)力并網(wǎng)模塊包括三相PWM變換器；所述風(fēng)力發(fā)電模塊與風(fēng)力并網(wǎng)模塊之間接有并網(wǎng)控制開關(guān)，發(fā)電機(jī)通過電抗器與三相PWM變換器連接。
[0008]所述風(fēng)力發(fā)電模塊和并網(wǎng)模塊的三相PWM變換器直流側(cè)連接有電容器。
[0009]所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子繞組端通過一臺(tái)降壓變壓器(380V/220V)連接到交流電網(wǎng)(380V)。
[0010]所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)由一臺(tái)3kW的直流電機(jī)用于模擬風(fēng)力機(jī)的特性帶動(dòng)運(yùn)行。
[0011]所述并網(wǎng)模塊的三相PWM變換器交流側(cè)經(jīng)過三相電抗器
A與降壓變壓器連接。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所具有的有益效果為:本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)在理想電網(wǎng)條件下并網(wǎng)模塊改進(jìn)直接功率控制的研究，與傳統(tǒng)直接功率控制相比減少了功率波動(dòng)和電流畸變率，并且其開關(guān)頻率固定，電流諧波也較為集中，有利于濾波器的設(shè)計(jì)；利用本實(shí)用新型的平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)理想電網(wǎng)條件下發(fā)電模塊改進(jìn)直接功率控制的研究，減少功率波動(dòng)和電流畸變率，簡化運(yùn)算過程，減少處理器資源，大大減小對(duì)處理器性能的依賴。利用該實(shí)驗(yàn)裝置可以進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)，風(fēng)力并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，以及不平衡條件下的風(fēng)力并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)等多種電力電子實(shí)驗(yàn)，不僅能夠加深對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)對(duì)于更大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)項(xiàng)目的實(shí)施具有深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為實(shí)施例風(fēng)力并網(wǎng)模塊控制原理圖；
[0015]圖3為實(shí)施例風(fēng)力發(fā)電模塊控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1所示，本實(shí)用新型一實(shí)施例包括風(fēng)力發(fā)電模塊，風(fēng)力并網(wǎng)模塊兩大部分；風(fēng)力發(fā)電模塊與風(fēng)力并網(wǎng)模塊之間接有并網(wǎng)控制開關(guān)，風(fēng)力發(fā)電模塊包括拖動(dòng)電機(jī)、雙饋異步發(fā)電機(jī)一級(jí)三相PWM變換器，發(fā)電機(jī)通過電感與三相PWM變換器連接，風(fēng)力并網(wǎng)模塊包括三相PWM變換器。利用該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)，風(fēng)力并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，以及不平衡條件下的風(fēng)力并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)等，同時(shí)還能通過實(shí)驗(yàn)方法研究類似風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中存在的一些技術(shù)難點(diǎn)，這樣不僅能夠加深對(duì)理論知識(shí)的理解，對(duì)于更大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)項(xiàng)目的實(shí)施也具有深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。
[0017]一種DFIG風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)裝置網(wǎng)側(cè)變換器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。網(wǎng)
側(cè)變換器主回路通過一臺(tái)降壓變壓器將電網(wǎng)電壓由380V降為131V，再經(jīng)過三相電抗4
連接到PWM變換器的交流側(cè)；PWM變換器直流側(cè)接電容器，并網(wǎng)模塊控制器主要由A/D采樣調(diào)理電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路和DSP的IO接口電路構(gòu)成。發(fā)電模塊控制器加入了轉(zhuǎn)子位置信
號(hào)采集電路。A/D采樣調(diào)理電路用于把霍爾傳感器測量得到的三相電壓*W、三相電流
以及直流母線電壓信號(hào)匕轉(zhuǎn)換到DSP的IO接口輸出的PWM控制脈沖送入IGBT控制器并且實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的硬件保護(hù)。DSP的IO接口電路完成處理A/D采樣得到的信號(hào)，送入DSP，在DSP中實(shí)現(xiàn)控制算法后，把PWM控制信號(hào)送入IGBT驅(qū)動(dòng)電路。實(shí)驗(yàn)選用DSP型號(hào)為德州儀器公司(TI)的 TMS320F2812。
[0018]本實(shí)驗(yàn)裝置選用的IGBT為Semikon公司的IGBT模塊(SKM75GB124D)，每個(gè)模塊由上、下橋臂兩個(gè)互補(bǔ)通斷的IGBT單元構(gòu)成。IGBT耐壓為1200V，額定電流為75A，最大允許電流100A，本系統(tǒng)共需3個(gè)IGBT模塊以構(gòu)成三相PWM變換器。IGBT驅(qū)動(dòng)電路采用Semikon公司的驅(qū)動(dòng)模塊(SKHI61)，該模塊包含6路相互隔離的驅(qū)動(dòng)輸出，并具有直通保護(hù)、欠壓保護(hù)、軟開關(guān)技術(shù)等先進(jìn)IGBT驅(qū)動(dòng)模塊功能。
[0019]網(wǎng)側(cè)變換器的電壓、電流采樣調(diào)理電路共用到4個(gè)電壓傳感器和3個(gè)電流傳感器組成。其中，電壓傳感器采用LEM公司的LV28-P電流型電壓傳感器，4個(gè)電壓傳感器中，3個(gè)
用于采樣三相電網(wǎng)電壓《W,另外I個(gè)用于采樣直流母線電壓匕，電流傳感器選用LEM公司的LA58-P電流型電流傳感器，3個(gè)電流傳感器都用于采樣網(wǎng)側(cè)變換器的電網(wǎng)電流I—。7
個(gè)傳感器信號(hào)均為電流信號(hào)。三相電壓、電流以及直流母線電壓信號(hào)經(jīng)過電壓電流傳感器后，輸入AD采樣調(diào)理電路。通過信號(hào)的放大及偏置，得到符合DSP的ADC輸入范圍的電壓信號(hào)。由信號(hào)采樣調(diào)理電路得到的三相電壓、電流以及直流母線電壓輸入DSP的ADC后，就能通過DSP來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的控制算法，進(jìn)而得到PWM的控制脈沖，輸入IGBT驅(qū)動(dòng)模塊SKHI61來實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)側(cè)變換器的控制。但是由于DSP的PWM 口輸出信號(hào)電壓電平為3.3V，而SKHI61驅(qū)動(dòng)模塊的輸入電壓為5V，因此必須通過一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模塊上之間的銜接。因而，DSP輸出的3.3V信號(hào)經(jīng)過74VC4245轉(zhuǎn)換成5V的電壓信號(hào)，輸入SKHI61。網(wǎng)側(cè)變換器控制系統(tǒng)所用到的電源有:邏輯電平轉(zhuǎn)換及外圍邏輯芯片供電的+5V電源，給驅(qū)動(dòng)模塊供電的+15V電源以及用于模擬信號(hào)采樣、調(diào)理電路的±15V電源。為設(shè)計(jì)簡便，系統(tǒng)采用了產(chǎn)品化的開關(guān)電源來實(shí)現(xiàn)。
[0020]一種DFIG風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)裝置轉(zhuǎn)子側(cè)變換器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。轉(zhuǎn)子側(cè)變換器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主回路將交流電網(wǎng)(380V)通過一臺(tái)降壓變壓器(380V/220V)連接到雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)的定子繞組端，然后三相PWM變換器與電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組相連，PWM變換器直流側(cè)連接電容器?？刂苹芈分饕葾/D采樣調(diào)理電路、轉(zhuǎn)子位置信號(hào)采集電路、DSP的IO接口電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。一臺(tái)3kW的直流電機(jī)用于模擬風(fēng)力機(jī)的特性。
[0021]轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的控制回路與網(wǎng)側(cè)變換器類似，只是對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的控制用到了
6個(gè)電流傳感器，來采集6個(gè)電流信號(hào)，分別為定子三相電流^*和轉(zhuǎn)子三相電流--*，其他 的采樣調(diào)理電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路都與網(wǎng)側(cè)變換器基本相同。轉(zhuǎn)子側(cè)變換器控制是需要用到轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用長春光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的增量式碼盤CHA-250BM-G5-26F，來得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)。利用光耦6Ν137對(duì)碼盤的輸出信號(hào)進(jìn)行隔離和整形，再將信號(hào)送至DSP的正交編碼器模塊(QEP)以得到轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。
【權(quán)利要求】
1.一種DFIG風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，包括風(fēng)力發(fā)電模塊、風(fēng)力并網(wǎng)模塊和負(fù)載模塊；其特征在于所述風(fēng)力發(fā)電模塊與風(fēng)力并網(wǎng)模塊之間接有并網(wǎng)控制開關(guān)；風(fēng)力發(fā)電模塊包括拖動(dòng)電機(jī)、雙饋異步發(fā)電機(jī)以及三相PWM變換器，拖動(dòng)電機(jī)通過電抗器與三相PWM變換器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種DFIG風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，并網(wǎng)模塊控制器主要由A/D采樣調(diào)理電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路和DSP的IO接口電路構(gòu)成，發(fā)電模塊控制器加入了轉(zhuǎn)子位置信號(hào)采集電路。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK203747434SQ201420098752
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】張志剛, 張文娟, 馮婉, 張瀟 申請(qǐng)人:長沙學(xué)院