[发明专利]基于双馈发电机的动模双向风电能量转换实验台及实验方法

权利要求书

1.一种基于双馈发电机的动模双向风电能量转换实验台，其特征在于：该实验台包括PLC控制柜、异步电机、双馈发电机、全功率变流器、馈电柜、背靠背变流器、配电变压器及电能质量测量仪器；PLC控制柜连接至变频器，变频器连接至异步电机，异步电机与双馈发电机的轴相连并可以互逆发电，异步电机连接至全功率变流器，全功率变流器连接至馈电柜，馈电柜连接至配电变压器，配电变压器连接至变频器；双馈发电机定子通过并网开关连接至馈电柜，转子与背靠背变流器连接；PLC控制柜分别与全功率变流器和背靠背变流器连接；PLC控制柜连接PC机；

全功率变流器和双馈发电机均通过并网/拖动开关柜连接至馈电柜；

在背靠背变流器和全功率变流器之后分别连接一个相同的电能质量测量仪器，电能质量测量仪器包括电能质量分析仪、功率测量仪和波形示波仪；

在双馈发电机的转子与背靠背变流器之间接入一个保护变流器和直流电源的crowbar保护电路；全功率变流器并接一个chopper泄放电路；在异步电机与双馈发电机之间还装有一个转速转矩测量仪；

PC机与PLC控制柜之间通过以太网协议进行通信，PLC控制柜与变频器之间通过CANopen通信。

2.利用权利要求1所述的基于双馈发电机的动模双向风电能量转换实验台所实施的实验方法，其特征在于：该方法分为两种并列的方法，一种是利用双馈发电机发电，另一种是选择异步电机发电，具体步骤如下：

当选择双馈发电机发电时，PC机根据实际风场的各种运行工况，模拟各种风资源条件下的机组风轮驱动情况，然后通过PLC控制柜去控制变频器驱动异步电机，通过异步电机拖动双馈发电机组运行，当达到并网速度时并且相序一致时可将双馈发电机组并网发电，此时，电能质量测量仪器开始采集机组的运行信息并传送给控制系统和测试系统；在PC机的操作界面上，可以进行不同工况的选择模拟，也可以显示实时采集的风资源情况，可以进行电机并网控制策略的模拟实验，观察到机组同步化、励磁调节、并网的过程；

当选择发电方式为异步发电机发电时，双馈发电机的并网开关柜中的并网开关接通，通过PLC控制柜给全功率变流器传送指令，再通过控制背靠背变流器去改变双馈发电机转子的励磁电流，从而改变转子转速，当达到并网速度时并且相序一致时可将异步发电机组并网发电，此时，电能质量测量仪器开始采集机组的运行信息并传送给控制系统和测试系统；在PC机的操作界面上，可以进行不同工况的选择模拟，也可以显示实时采集的风资源情况，可以进行电机并网控制策略的模拟实验，观察到机组同步化、励磁调节、并网的过程；

该实验台的变流器控制策略如下：外环控制选用的是有功和无功控制，除此之外，有功功率外环可以为转矩或转速外环控制，内环制控制器为电流闭环控制，其中定子侧有功功率p_s、定子侧无功功率Q_s、电磁转矩T_e和转子转速ω_r为测试仪器实测的数值反馈到控制器中，当采用直接功率控制时，检测定子输出的瞬时有功、无功功率的误差以及定转子的磁链的位置信号，有功指令根据机组特性按最大风能捕捉原则给出，无功指令根据电网需求设定，根据检测出的功率与给定功率进行比较，误差通过PI功率调节器进行运算，分别输出电机定子电流有功及无功分量指令，然后与反馈的实际转子的有功无功分量电流i_rd、i_rq的误差通过PI调节器转化为电压指令，根据电压指令判断电压矢量所处的扇区，从开关矢量表中选择最优的电压矢量以控制发电机的有功无功功率跟踪所给指令的变化，其中定子侧有功功率P_s、定子侧无功功率Q_s、电磁转矩T_e和转子转速ω_r与转子电流的关系为：

T_e＝n_pL₀(i_qsi_dr-i_dsi_qr)＝L₀n_pψ_si_qr/L_s＝L₀n_pU_si_qr/(L_sω₁) (1)

P_s＝u_dsi_ds+u_qsi_qs＝U_si_qs＝U_sL₀i_qr/L_s (2)

Q_s＝u_qsi_ds-u_dsi_qs (3)

Jdωrdt+Bωr=np(Tm-L0npUsiqrLsω1)---(4)]]>

L_s为dq坐标系下定子绕组的自感；L₀为dq坐标系下定子绕组与转子绕组间的等效互感；u_ds和u_qs分别为定子电压dq轴分量，i_ds和i_qs分别为定子电流dq轴分量，i_dr和i_qr分别为转子电流dq轴分量，ψ_ds和ψ_qs分别为定子磁链dq轴分量，J为转动惯量。