風(fēng)力發(fā)電模擬平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)力發(fā)電模擬平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前世界市場(chǎng)上風(fēng)電機(jī)主要的調(diào)節(jié)技術(shù)有:定槳距調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)技術(shù)，變槳距調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)技術(shù)，主動(dòng)定槳距調(diào)節(jié)技術(shù)，變速恒頻四種。由于陸上風(fēng)電機(jī)受運(yùn)輸、安裝等條件限制，單機(jī)容量2MW是風(fēng)電機(jī)發(fā)展的極限，這主要是因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)容量達(dá)到2MW后，槳葉長(zhǎng)度將達(dá)60-70m，陸上運(yùn)輸極為困難，安裝用的吊車容量將超過1200-1400t。這種容量的吊車，除了在歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)外，其余地區(qū)基本沒有。同時(shí)，在西歐等發(fā)達(dá)地區(qū)，人口較稠密，安裝風(fēng)電機(jī)的地點(diǎn)受到較大限制，人們將大力發(fā)展海上風(fēng)電場(chǎng)。
[0003]風(fēng)力發(fā)快速發(fā)展的同時(shí)也而臨著一些新的問題和挑戰(zhàn)，突出表現(xiàn)為大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)受限問題和風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行可靠性問題，主要是由于風(fēng)能資源與電力市場(chǎng)分布不均衡以及風(fēng)能資源的隨機(jī)間歇特性和風(fēng)機(jī)控制技術(shù)不成熟造成的。由于間歇性同時(shí)伴隨隨機(jī)性，使得風(fēng)力出電表現(xiàn)出明顯的不確定性，因此研宄風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)尤為重要，減小風(fēng)力出電的不確定性將會(huì)促進(jìn)風(fēng)電的飛速發(fā)展。
[0004]要研宄風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)需要大量的試驗(yàn)研宄，最準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)方法當(dāng)然是將風(fēng)電機(jī)組置于風(fēng)電場(chǎng)，做真實(shí)的風(fēng)電實(shí)驗(yàn)。但足，考虛到下述原閃，真實(shí)的風(fēng)電實(shí)驗(yàn)很難實(shí)施:
(I)風(fēng)速條件無法人為控制。某些風(fēng)電實(shí)驗(yàn)需要偶發(fā)的特殊風(fēng)速條件，長(zhǎng)時(shí)間等待實(shí)驗(yàn)條件必然耽誤科研進(jìn)度。(2)風(fēng)速風(fēng)向隨機(jī)波動(dòng)，且不易精確測(cè)量。這會(huì)影響風(fēng)電實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析。(3)單臺(tái)實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)的安裝維護(hù)成本很高，特別是大型風(fēng)電機(jī)組的研宄。(4)對(duì)于不成熟的控制實(shí)驗(yàn)存在安全隱患。上述因素使得大部分風(fēng)電研宄，特別是風(fēng)電控制研宄，很難進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，因此，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室無法具備風(fēng)場(chǎng)環(huán)境或者風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種減少成本、提高風(fēng)力發(fā)電效率的風(fēng)力發(fā)電模擬平臺(tái)。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種風(fēng)力發(fā)電模擬平臺(tái)，其中，所述風(fēng)力發(fā)電模擬平臺(tái)包括:
拖動(dòng)單元，包括二象限變頻器和異步電動(dòng)機(jī)，所述二象限變頻器控制所述異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩變化；
發(fā)電單元，包括四象限變頻器和異步發(fā)電機(jī)，所述四象限變頻器控制所述異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電或者離網(wǎng)發(fā)電，所述異步發(fā)電機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)之間連接軸相連接；
控制單元，包括可編程邏輯控制器、通信端和程序調(diào)試端，所述通信端為所述可編輯邏輯控制器和程序調(diào)試端提供通信指令，所述程序調(diào)試端為所述可編程邏輯控制器提供風(fēng)速模型，所述可編輯邏輯控制器包括模擬輸出模塊、開關(guān)量輸出模塊和中央處理模塊，所述中央處理模塊給定所述異步電動(dòng)機(jī)啟停指令和轉(zhuǎn)速指令，所述開關(guān)量輸出模塊給定所述二象變頻器轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩切換指令，所述開關(guān)量輸出模塊給定所述異步發(fā)電機(jī)啟停指令，所述模擬輸出模塊給定所述四象限變頻器頻率指令；
測(cè)速單元，包括速度編碼器，所述速度編碼器測(cè)得所述連接軸轉(zhuǎn)速，將轉(zhuǎn)速值提供至所述中央處理模塊。
[0007]其中，所述異步電動(dòng)機(jī)連接轉(zhuǎn)速齒輪箱，以降低所述連接軸轉(zhuǎn)速提升轉(zhuǎn)矩。
[0008]其中，所述程序調(diào)試端根據(jù)所述風(fēng)速模型獲得給定風(fēng)速，以及根據(jù)所述速度編碼器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)速，計(jì)算出所述異步電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，并將所述輸出轉(zhuǎn)矩通過所述開關(guān)量輸出模塊給定至所述二象限變頻器。
其中，所述異步電動(dòng)機(jī)設(shè)置磁通矢量轉(zhuǎn)矩控制結(jié)構(gòu)，所述磁通矢量轉(zhuǎn)矩控制結(jié)構(gòu)包括磁通調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、磁通觀察器和三相PWM，所述開關(guān)量輸出模塊給定磁通至所述磁通調(diào)節(jié)器，給定轉(zhuǎn)矩至所述電流調(diào)節(jié)器，所述磁通觀察器檢測(cè)所述異步電動(dòng)機(jī)三相定子電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，并計(jì)算出轉(zhuǎn)子磁通及其轉(zhuǎn)角，并給定三相交流信號(hào)至所述三相PWM，所述三相PWM控制所述異步電動(dòng)機(jī)矢量轉(zhuǎn)矩。
[0009]其中，所述四象限變頻器設(shè)置三相PWM并網(wǎng)逆變器。
[0010]其中，所述三相PWM并網(wǎng)逆變器包括依次連接的電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器、電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器、電壓矢量空間運(yùn)算器、電流和電壓的三相靜止坐標(biāo)-兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)變換器和電流三相靜止坐標(biāo)-兩相靜止直角坐標(biāo)變換器，所述電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器從所述模擬輸出模塊獲得給定頻率，并給定所述電壓空間矢量運(yùn)算器電壓矢量，所述電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器補(bǔ)償所述電壓矢量，電流和電壓的三相靜止坐標(biāo)-兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)變換器和電流三相靜止坐標(biāo)-兩相靜止直角坐標(biāo)變換器對(duì)電壓矢量和電流矢量進(jìn)行變換。
[0011]其中，所述二象限變頻器包括電流傳感器，所述電流傳感器檢測(cè)所述異步電動(dòng)機(jī)的三相電流矢量，并將三相電流矢量給定至所述磁通調(diào)節(jié)器。
[0012]其中，所述通信端與所述程序調(diào)試端通信方式為以太網(wǎng)，所述通信端與所述可編程邏輯控制器的通信方式為在所述以太網(wǎng)上掛載交換機(jī)。
[0013]其中，所述可編輯邏輯控制器包括電源模塊，所述電源模塊為所述風(fēng)力發(fā)電模擬平臺(tái)提供24V DC電源。
[0014]其中，所述可編輯邏輯控制器與所述二象限變頻器的通信方式為局域網(wǎng)路通訊協(xié)定。
[0015]本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電模擬平臺(tái)，通過所述程序調(diào)試端為所述可編輯邏輯控制器提供風(fēng)速模型，從而所述開關(guān)量輸出模塊根據(jù)所述風(fēng)速模型給定所述二象限變頻器轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩切換指令，從而所述二象限變頻器控制所述異步電動(dòng)機(jī)利用連接軸拖動(dòng)所述異步發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)代替風(fēng)力機(jī)提供機(jī)械能，進(jìn)而模擬出風(fēng)力發(fā)電，省去了風(fēng)速計(jì)、變槳設(shè)備、以及各種維護(hù)設(shè)備，減小了試驗(yàn)成本，并且解決了風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)間隙性要求。
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施方式中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1是本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電模擬平臺(tái)的示意圖；
圖2是本發(fā)明的矢量轉(zhuǎn)矩控制結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施方式中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0019]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施方式提供的一種風(fēng)力發(fā)電模擬平臺(tái)100。所述風(fēng)力發(fā)電模擬平臺(tái)100包括:
拖動(dòng)單元10，包括二象限變頻器11和異步電動(dòng)機(jī)12，所述二象限變頻器11控制所述異步電動(dòng)機(jī)12轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩變化。
[0020]發(fā)電單元20，包括四象限變頻器21和異步發(fā)電機(jī)22，所述四象限變頻器21控制所述異步發(fā)電機(jī)12并網(wǎng)發(fā)電或者離網(wǎng)發(fā)電，所述異步發(fā)電機(jī)22與異步電動(dòng)機(jī)12之間連接軸I相連接。
[0021]控制單元30，包括可編程邏輯控制器31、通信端32和程序調(diào)試端33，所述通信端32為所述可編輯邏輯控制器31和程序調(diào)試端33提供通信指令，所述程序調(diào)試端33為所述可編程邏輯控制器31提供風(fēng)速模型。
[0022]所述可編輯邏輯控制器31包括模擬量輸出模塊311、開關(guān)量輸出模塊312和中央處理模塊313。所述中央處理模塊313給定所述異步電動(dòng)機(jī)啟停指令和轉(zhuǎn)速指令，所述開關(guān)量輸