CN101753086A - 双馈风力发电机的故障穿越性能模拟*** - Google Patents

双馈风力发电机的故障穿越性能模拟*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***，包括电机***、模拟器主电路、DSP控制***、基于Labview软件的上位机监控***。电机***包括同轴连接的直流电动机和双馈电机，模拟器主电路包含变频器、直流调速器、Crowbar电路和电压跌落器各模块，电压跌落发生器接于电源与双馈电机之间，变频器接于电压跌落器输出端和双馈电机转子之间，直流调速器接于电压跌落器输入端与直流电机之间，Crowbar接于双馈电机转子侧。本发明的***具有完整的电网故障时风机运行特性的模拟功能，为双馈电机的研究提供了完善的实验平台，可用于其低电压穿越、对弱电网的支持等性能的实验研究。

Description

双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***
技术领域
本发明涉及一种双馈风力发电机性能研究的模拟***，特别是一种研究双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***。
背景技术
将发电机与风力机直接相连的现场实验不仅不经济，也会受到自然条件的限制。因此已有较多风力机及发电机的实验室模拟方案被提出，以缩短风力发电机控制性能的研究时间。现有双馈风力发电机模拟技术实现了不具备风场环境的双馈风机特性的实验室模拟，包括风场风速模拟、风力机特性模拟、双PWM变频器驱动的双馈电机并网特性模拟等，但还都不具备电网故障(电压跌落和不平衡)情况下的双馈风力发电机动态性能模拟功能。随着风电并网容量的飞速增长，风力发电机如不具备故障穿越能力，势必会影响电网的安全稳定运行，因此对电网扰动时风机运行性能的实验模拟，对研究其故障穿越算法有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于电网扰动时风机运行特性的模拟***，为研究双馈风力发电机的故障穿越能力提供完善的实验平台。
一种双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***，其结构要点在于：包括电机***、模拟器主电路、DSP控制***、基于Labview软件的上位机监控***，所述的电机***包括同轴连接的直流电动机和双馈电机，模拟器主电路包含变频器、直流调速器、Crowbar电路和电压跌落器各模块，电压跌落发生器接于电源与双馈电机之间，变频器接于电压跌落器输出端和双馈电机转子之间，直流调速器接于电压跌落器输入端与直流电机之间，Crowbar接于双馈电机转子侧，DSP控制***控制模拟器主电路的各模块控制功能，上位机监控***输出各种指令给DSP控制***。
本发明的双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***，通过将模拟器主电路的各功能控制模块集成于DSP控制***中，由上位机监控***输出各种指令给DSP控制***，以实现对DSP控制***中集成的模拟器主电路各功能控制模块按所需的方式运行，使它们具备了双馈电机在实际应用中可能遇到电网扰动一一如电压跌落和不平衡，同时还在模拟器主电路功能模块中设置抗电网扰动的功能模块，并使该***具有了故障穿越能力，因而为研究双馈风力发电机的故障穿越能力提供完善的实验平台。
所述的模拟器主电路的各模块集成在一起。
将各模块集成在一起，使硬件***得到简化。
所述的DSP控制***控制模拟器主电路各模块控制功能分别为：包括变频器的有功无功解耦控制，包括直流调速器的转矩跟踪控制，包括电压跌落发生器的电压跌落时间，包括Crowbar电路的转子短路时间。
所述的上位机监控***输出的各种指令包括风速参数、风机参数、电网故障、根据风电场风速模拟模型、风力机转矩模型和电机转速、桨距角计算风机转矩、对风力发电机的输出有功和无功功率进行监测。
所述的变频器为基于IGBT器件为由三相PWM变换电路背靠背连接，调节发电机转速以实现最大风能跟踪及变速恒频并网。
所述的直流调速器为由三相二极管桥式整流电路和基于IGBT器件的降压斩波电路构成，根据上位机的转矩指令模拟风机转矩输出，驱动双馈电机。
所述的电网电压跌落器由串联在线路中的电抗器、并联的晶闸管固态开关和可调电阻构成，通过对反并联的晶闸管触发控制模拟电网电压跌落的时间，通过调节电抗器和电阻的值模拟电压跌落的深度。
所述的Crowbar电路由三相二极管整流桥及直流侧的IGBT和电阻构成，控制转子电路的短路与否，防止电网电压跌落时的转子侧电压过高，从而使双馈电机***具备了故障穿越能力。
综上所述，本发明相比现有技术具有如下优点：
本发明的实验模拟***具有完整的电网故障时风机运行特性的模拟功能，为双馈电机的研究提供了完善的实验平台，可用于其低电压穿越、对弱电网的支持等性能的实验研究。由于各模块主电路集成在一起，硬件***得以简化，并且可以进行集中控制，减少了***成本，并且有良好的人机界面。
附图说明
图1为本发明的双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***原理图
图2为本发明实施例的变频器电路图
图3是直流调速器电路图
图4是电压跌落发生器电路图
图5是Crowbar电路图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。
实施例1
如图1所示的双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***原理图，实验模拟***包括电机***、模拟器主电路及DSP控制***、上位机监控***。电机***包括同轴连接的直流电动机和绕线式异步电机各一台。模拟器主电路结构是由变频器、直流调速器、Crowbar电路和电压跌落器等各模块构成的一个集成平台。其中电压跌落发生器接于变压器与双馈电机之间，变频器接于电压跌落器输出端和双馈电机转子之间，直流调速器接于电压跌落器输入端与直流电机之间，Crowbar接于双馈电机转子侧。变频器的结构如图2，为基于IGBT器件的两个三相PWM变换电路背靠背连接，调节发电机转速以实现最大风能跟踪及变速恒频并网；直流调速器如图3，由三相二极管桥式整流电路和基于IGBT器件的降压斩波电路构成，根据上位机的转矩指令模拟风机转矩输出，驱动双馈电机；电网电压跌落器如图4，由串联在线路中的电抗器、并联的晶闸管固态开关和可调电阻构成，通过对反并联的晶闸管触发控制模拟电网电压跌落的时间，通过调节电抗器和电阻的值模拟电压跌落的深度；Crowbar电路如图5，由三相二极管整流桥及直流侧的IGBT和电阻构成，控制转子电路的短路与否，防止电网电压跌落时的转子侧电压过高，从而使双馈电机***具备了故障穿越能力；DSP控制***集成了主电路各模块的控制功能，包括变频器的有功无功解耦控制、直流调速器的转矩跟踪控制、电压跌落发生器的电压跌落时间、Crowbar电路的转子短路时间等；上位机监控***基于Labview软件，可实现风速参数、风机参数、电网故障等设定，根据风电场风速模拟模型、风力机转矩模型和电机转速、桨距角计算风机转矩输出指令给DSP控制***，同时可对风力发电机的输出有功和无功功率进行监测。
本实施例未述部分与现有技术相同。

Claims (8)

1.一种双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***，其特征在于：包括电机***、模拟器主电路、DSP控制***、基于Labview软件的上位机监控***，所述的电机***包括同轴连接的直流电动机和双馈电机，模拟器主电路包含变频器、直流调速器、Crowbar电路和电压跌落器各模块，电压跌落发生器接于电源与双馈电机之间，变频器接于电压跌落器输出端和双馈电机转子之间，直流调速器接于电压跌落器输入端与直流电机之间，Crowbar接于双馈电机转子侧，DSP控制***控制模拟器主电路的各模块控制功能，上位机监控***输出各种指令给DSP控制***。
2.根据权利要求1所述的双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***，其特征在于：所述的模拟器主电路的各模块集成在一起。
3.根据权利要求2所述的双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***，其特征在于：所述的DSP控制***控制模拟器主电路各模块控制功能分别为：包括变频器的有功无功解耦控制，包括直流调速器的转矩跟踪控制，包括电压跌落发生器的电压跌落时间，包括Crowbar电路的转子短路时间。
4.根据权利要求1至3任何一项所述的双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***，其特征在于：所述的上位机监控***输出的各种指令包括风速参数、风机参数、电网故障、根据风电场风速模拟模型、风力机转矩模型和电机转速、桨距角计算风机转矩、对风力发电机的输出有功和无功功率进行监测。
5.根据权利要求4所述的双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***，其特征在于：所述的变频器为基于IGBT器件为由三相PWM变换电路背靠背连接，调节发电机转速以实现最大风能跟踪及变速恒频并网。
6.根据权利要求5所述的双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***，其特征在于：所述的直流调速器为由三相二极管桥式整流电路和基于IGBT器件的降压斩波电路构成，根据上位机的转矩指令模拟风机转矩输出，驱动双馈电机。
7.根据权利要求6所述的双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***，其特征在于：所述的电网电压跌落器由串联在线路中的电抗器、并联的晶闸管固态开关和可调电阻构成，通过对反并联的晶闸管触发控制模拟电网电压跌落的时间，通过调节电抗器和电阻的值模拟电压跌落的深度。
8.根据权利要求7所述的双馈风力发电机的故障穿越性能模拟***，其特征在于：所述的Crowbar电路由三相二极管整流桥及直流侧的IGBT和电阻构成，控制转子电路的短路与否，防止电网电压跌落时的转子侧电压过高，从而使双馈电机***具备了故障穿越能力。
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