[发明专利]风力发电实验装置

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及风力发电实验装置。

背景技术

随着风力发电技术的深入发展，变速恒频风力发电技术是当前的主流技术，异步双馈风力发电机组是当前风电机组的主流机型，而同步风力发电机组是当前新增机组的主要发展方向，这两种机型主要优点是机组可以在大范围调节转速，追踪最佳叶尖速比运行，使风能利用系数保持在最佳值，机组还可以控制有功功率和无功功率，改善电能质量。异步双馈发电机所配备的变流器为四象限变流器，同步发电机所配备的变流器为全功率变流器。同步发电机按励磁方式可分为电励磁式和永磁式，各有特点，电励磁式因为磁场可控为系统提供了一个控制变量因而控制系统更加灵活，永磁式因为磁极可以做很多因而可以省掉齿轮箱大大节约了成本。虽然同步发电机技术比较成熟，但是在风力发电中的应用才刚刚开始，很多特性和规律都需要进一步的研究。

一般的风力发电装置都是风力机通过齿轮箱将低速大转矩的机械功率转化为高速小转矩的机械功率驱动发电机，随着转速的变化，发电机发出变压变频的交流电而无法直接送入电网，为了实现并网，采用变流器将变压变频的交流电转换为工频恒压交流电并入电网，结构比较复杂，电能变换环节较多，耗损较大，因而效率较低。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了风力发电实验装置，能够对风力发电系统主结构和系统效率进行研究和评估，对风力发电系统中各主要设备的运行规律进行研究，研究测试风力发电机的工作特性，为开发、研制、测试变流器和风力发电控制系统提供实验平台，具有结构简单的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

风力发电实验装置，包括风力机特性模拟部件，风力机特性模拟部件通过联轴器组分别与同步发电机-全功率逆变部件和双馈发电部件相连。

所述的风力机特性模拟部件包括三相交流异步电动机1，三相交流异步电动机1的电气端子ABC分别与变频器2的输出端UVW相连接，变频器2的输入端RST通过第一空气开关3与第一三相电源4相连接，三相交流异步电动机1的两个轴上分别安装第一联轴器5和第二联轴器6。

所述的同步发电机-全功率逆变部件有两种实现方式：

类型I，直流斩波稳压升压方案，包括同步发电机7，同步发电机7的轴通过第二联轴器6与三相交流异步电动机1的轴相连接，励磁电源8给同步发电机7提供励磁电流建立磁场，同步发电机7的电气输出端子UVW通过第二空气开关9与整流单元10的输入端子UVW相连接，整流单元10的输出端子与升压单元11的输入端相连接，升压单元11的输出端与第一有源逆变单元12的输入端相连接，第一有源逆变单元12的输出端子UVW与第二三相电源13相连接。

类型II，PWM整流方案，包括同步发电机7，同步发电机7的轴通过第二联轴器6与三相交流异步电动机1的轴相连接，励磁电源8给同步发电机7提供励磁电流建立磁场，同步发电机7的电气输出端子UVW通过第三空气开关14与主动整流单元15的输入端子UVW相连接，主动整流单元15的输出端与第二有源逆变单元16的输入端相连接，第二有源逆变单元16的输出端子UVW与第三三相电源17相连接。

所述的双馈发电部件包括异步双馈发电机18，异步双馈发电机18的轴通过第一联轴器5与三相交流异步电动机1的轴相连接，异步双馈发电机18定子绕组端子ABC通过第五空气开关21与第四三相电源22相连接，异步双馈发电机18的转子绕组端子UVW与四象限变频器19的输出端子UVW相连接，四象限变频器19的输入端子L1L2L3通过第四空气开关20与第四三相电源22相连接。

所述的变频器2是具有恒压频比控制、矢量控制、直接转矩控制功能之一或这些控制功能组合的变频器。

所述的同步发电机7是无刷励磁同步发电机或有刷励磁同步发电机。

所述的整流单元10是二极管桥式整流电路或是变频器的输入部分的整流电路。

所述的第一有源逆变单元12，第二有源逆变单元16是具有回馈功能的变频器或PWM整流电路。

由于将同步发电机-全功率逆变部件和双馈发电部件设置在一个实验装置内，能够对风力发电系统主结构和系统效率进行研究和评估，对风力发电系统中各主要设备的运行规律进行研究，研究测试风力发电机的工作特性，为开发、研制、测试变流器和风力发电控制系统提供实验平台，具有结构简单的特点。

附图说明

图1为本发明的风力机特性模拟部件结构图。

图2为本发明的同步发电机-全功率逆变部件结构图。