[实用新型]一种永磁直驱风力发电机组模拟实验系统

说明书

技术领域

本实用新型属于风力发电技术领域，尤其涉及一种永磁直驱风力发电机组模拟实验系统。

背景技术

目前，在风力发电领域，广泛使用大型直驱式风力发电系统，该发电系统的核心设备为风力机、多级永磁发电机与全功率变频设备，并通过风力机叶片变桨技术、发电机输出整流逆变技术等实现机组的发电控制，而通过实验开展对直驱式风力发电机组的研究工作是十分重要的。

在目前已经安装的风力发电机组上直接进行实验研究有许多缺点，首先由于风力发电场一般远离研究中心、风电机组处于几十米高度，实验条件极为不便；另外机组系统复杂，变桨系统、偏航解缆系统、液压制动系统、变频系统、数据采集与通信系统等环节较多且相互影响，给独立研究主要系统的控制问题带来极大不便，且由于机组平时承担着发电任务，对机组安全要求较高，机组的容量较大，实验成本也较高，因此，频繁的实验工作是难以得到满足的。

目前的风力发电机组实验系统多真对双馈式风电机组，涉及直驱式风电机组的实验研究系统很少，其中一种大型兆瓦级直驱式机组实验系统采用大功率交流异步电机作为驱动，经齿轮箱减速来模拟风力机系统，优点是可以拖动实际大功率机组，完成整机相关实验。但由于电机的机械特性与实际机组风力机特性不完全一致、齿轮箱机械传动中存在间隙等问题，影响了实验效果，因此，在实验室环境下构建一种直驱式风力发电系统，采用与实际风力机输出特性一致的驱动装置来模拟实际风力机特性，并配以相应的控制系统构成一套完整的模拟实验系统，对开展直驱式风力发电机组运行特性及控制策略的研究工作是十分必要的。

发明内容

针对上述背景技术中提到的现有风力发电机组实验系统的机械特性和风力机特性模拟效果不好等不足，本实用新型提出了一种永磁直驱风力发电机组模拟实验系统。

本实用新型的技术方案是，一种永磁直驱风力发电机组模拟实验系统，其特征是该系统包括计算机、PLC控制器、伺服驱动器、伺服电动机、扭矩传感器、多级永磁发电机、电机侧变频器、电网侧变频器、变频控制器和主控制器；

所述计算机、PLC控制器、伺服驱动器、伺服电动机、扭矩传感器、多级永磁发电机、电机侧变频器和电网侧变频器顺次连接；变频控制器分别与主控制器、电机侧变频器和电网侧变频器连接；主控制器和PLC控制器连接。

所述多级永磁发电机为16级永磁发电机。

所述变频控制器采用TMS320F2812为核心的DSP数字信号处理器。

所述主控制器采用ARM9系列PXA270嵌入式处理器。

本实用新型采用功率为10千瓦的实验系统实现对大型直驱式风力发电机组的模拟。

本实用新型与现有技术相比，没有采用变频调速器驱动普通异步电机的形式，而采用伺服电机与伺服控制器构成风力机物理模拟装置，因伺服电机具有调速范围较宽、线性的机械特性、相应快速的特点，可以满足风力机从启动到并网运行的宽范围调速要求，并可保证模拟输出转矩与模拟风速成正比，使得模拟风力机与实际风力机特性更一致；

本实用新型采用的伺服电机在低转速(十几转/每分钟)具有良好的转矩转速特性，因此没有采用齿轮箱减速器，而采用伺服电机直接驱动方式(实际应用中，直驱式即指风力机直接驱动发电机)，优点是消除了齿轮箱减速器多级传动机构间隙所带来的死区、滞后的影响，使实验系统的模拟风力机特性更符合实际；

本实用新型采用的多级永磁发电机为16级电机，使得与实际直驱发电机发电特性更接近，克服了一般小型永磁电机极对数低，不能反映实际电机特性的问题。

本实用新型采用labview软件平台在计算机中建立风速及风力机模型，可通过改变风力机模型中叶片角度(桨距角)来实现变桨距控制，为风力机控制策略研究提供了方便；

本实用新型采用DSP嵌入式控制器作为变频控制器，实现对发电机侧变频器与电网侧变频器控制，可以进行自主编程，为矢量控制等先进控制策略研究提供了方便；

本实用新型采用ARM嵌入式控制器作为主控制器，实现风力机与发电机的协调控制，可以进行自主编程，为机组的整机优化控制研究提供了方便。

附图说明

图1为本实用新型的原理图；

图2为模拟风力机子系统原理图；

图3为发电控制子系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。