CN202837502U - 风力发电机组转矩特性模拟*** - Google Patents

风力发电机组转矩特性模拟*** Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及风力发电机组转矩特性模拟***，包括：一主控单元，包括上位机操作台和PLC模块；一拖动控制单元，包括一异步电机拖动变频器，与主控单元的PLC模块电气相连；一对拖机组单元，包括一异步交流拖动电机，一双馈风力发电机组，一扭矩传感器，安装在异步交流拖动电机和双馈风力发电机组之间，异步交流拖动电机与交流异步电机拖动变频器电气连接；一机侧数据采集单元，设置在异步电机拖动变频器与异步交流拖动电机之间；一网侧数据采集单元，设置在双馈风力发电机组定子同电网之间设置；一并网逆变单元，包括一机侧变流器和一网侧变流器连接成共直流母线***，与双馈风力发电机组的转子侧连接。本实用新型检测结果准确。

Description

风力发电机组转矩特性模拟***
技术领域
本实用新型涉及一种利用拖动电机模拟大型风力发电机组转速、转矩随负载及风速曲线变化的外特性的技术，尤其是一种风力发电机组转矩特定模拟***。 
背景技术
风力发电是将风叶转动的机械能转换为电能。但是在研究风力发电机组控制算法、并网效率及并网控制算法过程中，现有的仿真***均采用转速闭环控制，导致由负载引起的转矩变化无法真实的反映到风机的转速效应上，导致试验数据与真实发电***偏差较大，并直接影响到仿真数据的准确性，对于人们研究如何有效利用风资源带来很大的不便。 
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，利用拖动电机模拟大型风力发电机组转速、转矩随负载及风速曲线变化的外特性，提供能够真实模拟风机扭矩特性，并对发电机并网控制进行研究的仿真***装置。 
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现： 
风力发电机组转矩特性模拟***，其特征在于，包括： 
一主控单元，包括上位机操作台和PLC模块，所述上位机操作台模拟风速，并通过总线将指令下发至所述PLC模块中； 
一拖动控制单元，包括一异步电机拖动变频器，与所述主控单元的所述PLC模块电气相连； 
一对拖机组单元，包括一异步交流拖动电机，一双馈风力发电机组，一扭矩传感器，所述扭矩传感器安装在所述异步交流拖动电机和所述双馈风力发电机组之间，所述异步交流拖动电机与所述交流异步电机拖动变频器电气连接； 
一机侧数据采集单元，设置在所述异步电机拖动变频器与所述异步交流拖动电机之间； 
一网侧数据采集单元，设置在所述双馈风力发电机组定子同电网之间设置； 
一并网逆变单元，包括一机侧变流器和一网侧变流器连接成共直流母线***，与所述双馈风力发电机组的转子侧连接，使所述双馈风力发电机组的定子侧直接通过一隔离变压器同所述电网相连。 
比较好的是，所述***进一步包括一双馈电机并网控制器，设置于所述双馈风力发电机组转子与所述电网之间。 
比较好的是，所述网侧数据采集单元包括一第二电压表，一第二电流表和一第二功率表，所述机侧数据采集单元包括一第一电压表，一第一电流表和一第一功率表。 
比较好的是，所述扭矩传感器采用刚性联轴器并加装扭矩传感器相连。 
比较好的是，所述***进一步包括一DSP控制器，设置在所述双馈并网控制器前端。 
比较好的是，所述***进一步包括一隔离变压器，设置于所述拖动侧电网与拖动变频器之间。 
本实用新型中利用上位机软件模拟不同风速曲线变化，并通过对比大型风力的风速-转速曲线求得拖动电机转速，通过拖动电机带动双馈发电机组发电，并经过双馈电机并网控制器，控制双馈电机转子励磁，已达到双馈电机定子侧直接并网的功能。采用定制的拖动电机来模拟风力发电机组的恒定转矩特性，并利用高精度的转矩传感器来实现对转矩环的精确控制。用以得到能够真实反映大型风力发电机组发电特性的试验***。由此可以通过计算分析双馈发电机组并网的控制要求，以及对高效并网控制算法的研究试验，提高风力发电的利用效率。 
风力发电机组在负载不介入时，空载运行，转速较高，当负载增加后，由于转矩增加，在风速不变的情况下，空气施加给风叶并传导至发电机组的扭矩不变，导致风叶的转速降低，在转矩与扭矩相等时，风机转数稳定。在这个过程中，由于风力发电机的转数持续下降，双馈电机为保证定子输出的电流相位同电网相同，故在双馈电机并网控制器中应对此过程应予以响应。传统的电动机-发电机组通常为恒转速***，即转速设定后，拖动电机的转速无法有效跟随风速及负载转矩的变化而变化，导致测试结果与真实值偏差较大，仿真数据严重失真。 
优选的是本装置采用异步电动机作为模拟拖动部分，利用异步电机转速随转矩增加而降低的特性，并经过定制的交流异步电动机，改变电动机的转子电阻，使电动机固有的转速-转矩曲线在较大程度上符合风力发电机的特性曲线，同时加装转矩传感器，构成转矩控制闭环，保证作为模拟拖动曲线与真实风机转矩曲线的高度重合性。并且在风机低负载转矩的情况下，通过电流及转速闭环的切换，实现对***的保护。 
在数据采集过程中，采用高精度传感器，配合DSP控制器，兼顾了数据采集的准确性，和并网控制的迅速性及精确性。 
附图说明
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本实用新型的详细描述中，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。 
图1为本实用新型结构示意图； 
图2为本实用新型中的电气原理图。 
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细的描述： 
如图1、图2所示，本实用新型的风力发电机组转矩特性模拟***框图，包括：主控单元100，拖动控制单元200，网侧数据采集单元300，机侧数据采集单元400，并网逆变单元500，对拖机组单元600。在图2的电气图中有具体组成。 
请参见图2所示的本实用新型风力发电机组转矩特性模拟***的电气示意图。 
本实用新型的对拖机组单元600由异步交流拖动电机1，双馈风力发电机组3，扭矩传感器2组成，其中扭矩传感器2安装在异步交流拖动电机1和双馈风力发电机组3之间，采用刚性联轴器相连；异步交流拖动电机1采用交流异步电机拖动变频器9进行拖动控制。拖动控制单元200包括异步电机拖动变频器9，该变频器9与异步交流拖动电机1之间设置有机侧数据采集单元400；机侧数据采集单元400包括第一电压表V1，第一电流表A1和第一功率表P1。双馈风力发电机组3将异步交流拖动电机1的机械能转化为电能。 
双馈风力发电机组3的并网控制器由并网逆变单元500中的机侧变流器7和网侧变流器8组成，并连接成共直流母线***，并利用并网逆变单元500中的直流侧充放电单元6对直流侧进行补充充电管理。双馈风力发电机组并网控制器同双馈风力发电机组3的转子侧连接，以控制双馈风力发电机组3励磁，使双馈风力发电机组3的定子侧直接通过隔离变压器4同电网相连，实现并网功能。双馈风力发电机组3定子同电网之间设置网侧数据采集单元300，网侧数据采集单元300包括第二电压表V2，第二电流表A2和第二功率表P2。 
本实用新型模拟***中的主控单元100还包括上位机操作台12和PLC模块11，其中上位机操作台12通过上位机软件模拟风速，并通过Modbus总线将指令下发至PLC模块11中，并由PLC模块11控制异步电机异步电机拖动变频器9。 
此外，并网逆变单元500还包括一DSP控制器10，该控制器对机侧数据采集单元400和网侧数据采集单元300采集到的数据进行分析，并通过算法控制，将控制信号传输给双馈发电机并网机侧变流器7和网侧变流器8。 
上述结构的本实用新型中的风力发电机组转矩特性模拟***，可以模拟国产主流的1MW、1.5MW和2MW大型风力发电机组在不同风速曲线下的转矩特性，并可以使用本***加载双馈风力发电机组，或永磁发电机组等发电***平台，以实现对永磁、双馈机组发电特性的研究和测量，及不同转矩特性下发电机组的并网算法控制，及并网性能特性参数测量。 
以上诸实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴应由各权利要求限定。 

Claims (6)

1.风力发电机组转矩特性模拟***，其特征在于，包括：
一主控单元，包括上位机操作台和PLC模块，所述上位机操作台模拟风速，并通过总线将指令下发至所述PLC模块中；
一拖动控制单元，包括一交流异步电机拖动变频器，与所述主控单元的所述PLC模块电气相连；
一对拖机组单元，包括一异步交流拖动电机，一双馈风力发电机组，一扭矩传感器，所述扭矩传感器安装在所述异步交流拖动电机和所述双馈风力发电机组之间，所述异步交流拖动电机与所述交流异步电机拖动变频器电气连接；
一机侧数据采集单元，设置在所述异步电机拖动变频器与所述异步交流拖动电机之间；
一网侧数据采集单元，设置在所述双馈风力发电机组定子同电网之间设置；
一并网逆变单元，包括一机侧变流器和一网侧变流器连接成共直流母线***，与所述双馈风力发电机组的转子侧连接，使所述双馈风力发电机组的定子侧直接通过一隔离变压器同所述电网相连。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组转矩特性模拟***，其特征在于，
所述***进一步包括一双馈电机并网控制器，设置于所述双馈风力发电机组转子与所述电网之间。 
3.根据权利要求2所述的风力发电机组转矩特性模拟***，其特征在于，
所述网侧数据采集单元包括一第二电压表，一第二电流表和一第二功率表，所述机侧数据采集单元包括一第一电压表，一第一电流表和一第一功率表。
4.根据权利要求3所述的风力发电机组转矩特性模拟***，其特征在于，
所述扭矩传感器采用刚性联轴器并加装扭矩传感器相连。
5.根据权利要求4所述的风力发电机组转矩特性模拟***，其特征在于，
所述***进一步包括一DSP控制器，设置在所述双馈并网控制器前端。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组转矩特性模拟***，其特征在于，
所述***进一步包括一隔离变压器，设置于所述拖动侧电网与拖动变频器之间。 
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