[发明专利]基于电力电子技术的风力发电机组模拟系统及模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种实时风力发电机组物理模拟装置，特别涉及基于电力电子技术的风力发电机组模拟系统及模拟方法领域

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，在开发研究的新能源中，已经成为世界上发展最迅速的能源之一，被称为“未来的能源”。随着人民生活水平的不断提高，对电力的不同需求日益明显，风力发电可以满足不同地区的要求，特别是边远地区，由于大电网输出困难，且运营成本高，对此，风电具有更高的经济价值和社会效益。但是，风力发电机的发展受电压和频率的影响，并网困难，且容易对大电网的稳定性产生冲击，不易储存。因此对风电技术的研究尤为重要，但是将发电机与风力机直接相连现场做实验的方法成本较大，不易实现，同时实验费时效率低。于是研究人员针对风电技术的研究提出各种模拟的方法，主要分有静态模拟和动态模拟。

现在普遍采用的方法是使用电动机作为原动机来带动发电机转动，如图1所示，模拟风力驱动部分使用电动机，且设备成本也较大，发电机、电动机模块不易移动，不方便教学等实验使用。传统的模拟几乎都集中在风轮机上，需要进行不同风力发电机模拟就需要更换不同的发电机重新搭建模型，这种方法笨重不易实验，可扩展性不强，人机界面不够丰富也不友好，另外，常规的模拟装置也不能够灵活地变化模拟风力发电机的规格变化带来的输出特征变化，但是这对于风电的实际研究却很重要。搭建一种可以根据当地的实际情况配备相应规格的风力发电机并针对不同规格风电机组的配网进行研究十分必要。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的在于解决进行不同风力发电机模拟就需要更换不同的发电机重新搭建模型，更换设备耗时并且笨重、方法不易实验、可扩展性不强的问题。

（二）技术方案

本发明技术方案如下：

一种基于电力电子技术的风力发电机组模拟系统，包括：

风速信号发生模块，用于产生风速信号；

风力发电机组仿真模拟模块，用于根据风速信号模拟出发电机组输出的电压和电流特性关系；

单相全控整流桥模块，用于根据风力发电机组仿真模拟模块输出的电压模拟出风力发电机经不可控整流后的直流输出电压。

优选的，风力发电机组仿真模拟模块包括风轮机模型、传动系统模型和发电机模型。

优选的，单相全控整流桥模块包括整流桥控制器模块和单相整流桥模块。

优选的，基于电力电子技术的风力发电机组模拟系统还包含组态监控模块，用于显示全系统数据，并输出控制信号到风力发电机组仿真模拟模块。

优选的，组态监控模块包括实时显示模块和参数配置模块。

优选的，参数配置模块选择风力发电机组仿真模拟模块，需要对模拟的风力发电机规格参数进行选择。

优选的，基于电力电子技术的风力发电机组模拟系统还包括数据库模块，用于记录各个模块的输入和输出数据。

优选的，基于电力电子技术的风力发电机组模拟系统各个模块调用数据库模块记录的数据。

一种基于电力电子技术的风力发电机组模拟系统的模拟方法，包括以下步骤：

风速信号发生模块，产生风速信号；

风力发电机组仿真模拟模块，根据风速信号模拟出发电机组输出电压和电流特性关系，结合当前负载特性曲线，确定当前工作点的电压信号给单相全控整流桥模块；

单相全控整流桥模块，根据风力发电机组仿真模拟模块输出的电压模拟出风力发电机经不可控整流后的直流输出电压。

优选的，风力发电机组仿真模拟模块根据风速信号模拟出发电机组输出的电压和电流，该电压和电流由轮机模型、传动系统模型和发电机模型运算后确定。

优选的，单相全控整流桥模块产生的直流输出电压和电流，由整流桥控制器发生正弦脉冲宽度调制（Sinusoidal Pulse Width Modulation，以下简称SPWM）信号，单相整流桥模块根据该信号产生直流输出电压。

优选的，基于电力电子技术的风力发电机组模拟系统的模拟方法还包含使用组态监控模块选择风力发电机组仿真模拟模块中的风轮机模型、传动系统模型和发电机模型的种类的方法，对风力发电机组仿真模拟输出电压的控制。

优选的，基于电力电子技术的风力发电机组模拟系统的模拟方法还包括使用数据库模块对各个模块的输出输入信号进行记录，各个模块调用数据库模块所记录的数据进行控制的方法。

（三）有益效果