專利名稱：雙饋風電機組的仿真裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及風電設備領域，尤其涉及一種雙饋風電機組的仿真裝置。
技術背景1891年，第一臺試驗風機誕生，這預示著風力發電的開始。1897年，風機系統正式用于商業化。但此后，風力發電發展緩慢，直至上個世紀70年代的世界石油危機才使風力發電真正得到發展。美國、西歐等發達國家為尋求替代化石燃料的能源，投入了大量經費，利用計算機、空氣動力學、結構力學和材料力學等領域的新技術研制現代風力發電機組，開創了風能利用的新時期。近20年，發達國家在風力發電技術領域已取得巨大的成就。并網運行的風力發電機組單機容量從最初的數十千瓦級已發展到兆瓦級；控制方式從單一的定槳距失速控制向全槳葉變距和變速恒頻發展，運行可靠性從20世紀80年代初的50%，提高到98%以上，并且在風電場運行的風力發電機組全部可以實現集中控制和遠程控制。自1990年以來，世界風力發電累計裝機容量平均每年增長超過20%，僅2005年世界新增裝機就達到11769MW，其增長速度超過了任何一種電力增長的速度。風電機組有多種類型，常用的風電機組包括基于普通異步發電機的恒速風電機組、基于雙饋感應發電機的變速風電機組和基于永磁同步發電機的直驅型變速風電機組。在這集中風電機組中，基于雙饋感應發電機的變速風電機組(雙饋風電機組)是目前世界風電和控制領域的研究熱點之一。圖I揭示了雙饋風電機組的結構示意圖。雙饋風電機組100包括風輪102、齒輪箱104、雙饋感應電機106、功率換流器108、直流側電容器和變壓器。雙饋感應電機106的定子直接與電網110相連，而轉子通過兩個功率換流器108連接到電網中。利用PWM或空間矢量控制技術可以使風機在較大的速度范圍內運行，使轉子與電網之間實現能量的雙向傳輸。雙饋風電機組采用雙饋電機及變槳距控制技術，使機組能在較大的范圍內均能按最佳參數運行，提高了風能的利用效率。雙饋風電機組的優勢主要體現在控制轉子電流可在大范圍內控制電機轉差、有功功率和無功功率，參與系統的無功調節，提高系統的穩定性。可以通過控制策略實現最大風能跟蹤，提高風能利用效率。可以有效降低輸出功率波動和機組的機械應力。在轉子側控制功率因數，提高電能質量，實現安全、便捷并網。變流器的容量僅占風機額定容量的25%左右，與全功率變流器相比大大降低了功率損耗和成本。雙饋風電機組的主要缺點在于控制方式及保護策略復雜，需要使用齒輪箱，結構復雜。上述的問題導致基于雙饋感應發電機的變速風電機組在裝機前的測試過程十分復雜，測試項目繁多，而在現有技術中缺乏有效的測試手段，使得雙饋風電機組的應用成本提升。
實用新型內容本實用新型旨在提出一種雙饋風電機組的仿真裝置，能夠實現完善的雙饋風電機組的測試工作。根據本實用新型的一實施例，提出一種雙饋風電機組的仿真裝置包括雙饋感應發電機、風電機組原動機、監測保護設備和轉子側變流設備。風電機組原動機連接到雙饋感應發電機，風電機組原動機在風力驅動下帶動雙饋感應發電機的轉子轉動。監測保護設備連接到雙饋感應發電機，測量雙饋感應發電機輸出的電壓和電流。轉子側變流設備連接到雙饋感應發電機、風電機組原動機和監測保護設備，轉子側變流設備控制雙饋感應發電機的電壓幅值和相位，進行有功解耦控制和無功解耦控制。在一個實施例中，風電機組原動機包括風力機、槳距角控制器和軸系控制器。風力機包括風輪。槳距角控制器連接到風力機，槳距角控制器調節風輪的槳葉的角度。軸系控制器連接到風力機，軸系控制器調節風輪的輸出軸轉速。在一個實施例中，軸系控制器包括變速箱。 在一個實施例中，監測保護設備包括電流測量器、電壓測量器和保護器。電流測量器連接到雙饋感應發電機并測量雙饋感應發電機的輸出電流。電壓測量器連接到雙饋感應發電機并測量雙饋感應發電機的輸出電壓。保護器保護雙饋感應發電機。在一個實施例中，轉子側變流設備包括功率測量器、功率控制器、最大功率追蹤模塊、電壓電流控制器和坐標變換器。功率測量器測量雙饋感應發電機的輸出功率。功率控制器連接到功率測量器，功率控制器輸出功率控制信號。最大功率追蹤模塊連接到風電機組原動機和功率控制器，檢測并記錄最大功率并提供給功率控制器。電壓電流控制器連接到功率控制器，電壓電流控制器根據所述功率控制信號輸出電壓幅值信號。坐標變換器連接到電壓電流控制器和雙饋感應發電機，坐標變換器對電壓電流控制器輸出的電壓幅值信號進行相位變換，并輸出經相位變換的電壓幅值信號給雙饋感應發電機。本實用新型的雙饋風電機組的仿真裝置能夠準確反映風機的物理特性和雙饋感應發電機的工作狀況，能夠滿足風電并網規范對并網風機的完整測試要求。
圖I揭示了雙饋風電機組的結構示意圖。圖2揭示了根據本實用新型的一實施例的雙饋風電機組的仿真裝置的結構示意圖。圖3揭示了根據本實用新型的一實施例的雙饋風電機組的仿真裝置的結構示意圖。
具體實施方式
參考圖2所示，本實用新型提出一種雙饋風電機組的仿真裝置。該雙饋風電機組的仿真裝置200包括雙饋感應發電機202、風電機組原動機204、監測保護設備206和轉子側變流設備208。雙饋感應發電機202是可進行交流勵磁控制的繞線式異步電機。風電機組原動機204連接到雙饋感應發電機202，風電機組原動機204在風力驅動下帶動雙饋感應發電機的轉子轉動。監測保護設備206連接到雙饋感應發電機202，測量雙饋感應發電機202輸出的電壓和電流。轉子側變流設備208連接到雙饋感應發電機202、風電機組原動機204和監測保護設備206，轉子側變流設備208控制雙饋感應發電機202的電壓幅值和相位，進行有功解耦控制和無功解耦控制。轉子側變流設備208是雙饋風機進行轉速(有功)和無功控制的核心環節。雙饋感應發電機的變速運行是建立在交流勵磁變速恒頻發電技術基礎上的。交流勵磁變速恒頻發電是在異步發電機的轉子中施加三相低頻交流電流實現勵磁，調節勵磁電流的幅值、相位、頻率、相序，確保發電機輸出電流恒頻，輸出功率恒定。同時采用矢量變換控制技術，實現發電機有功功率、無功功率的獨立調節。調節有功功率可調節風力機轉速，使風力機運行在最佳葉尖速比，進而實現最大風能捕獲的追蹤控制；調節無功功率可調節電網功率因數，提高風電機組及所并網系統的動、靜態運行穩定性。圖3揭示了根據本實用新型的一實施例的雙饋風電機組的仿真裝置300的結構示意圖。如圖3所示，該雙饋風電機組的仿真裝置300包括雙饋感應發電機302、風電機組原動機304、監測保護設備306和轉子側變流設備308。在圖3所示的實施例中，風電機組原動機304包括風力機340、槳距角控制器342和軸系控制器344。風力機340包括風輪。槳距角控制器342連接到風力機340，槳距角控制器342調節風輪的槳葉的角度。軸系控制器344連接到風力機340，軸系控制器344調節 風輪的輸出軸轉速。在一個實施例中，軸系控制器344包括變速箱。在圖3所示的實施例中，監測保護設備306包括電流測量器360、電壓測量器362和保護器364。電流測量器360連接到雙饋感應發電機302并測量雙饋感應發電機302的輸出電流。電壓測量器362連接到雙饋感應發電機302并測量雙饋感應發電機302的輸出電壓。保護器364保護雙饋感應發電機302。在一個實施例中，保護器364對雙饋感應發電機302提供的保護包括過速保護和高低周保護。在保護器364進行保護動作時，直接切斷與雙饋感應發電機302的電連接。在圖3所示的實施例中，轉子側變流設備308包括功率測量器380、功率控制器382、最大功率追蹤模塊384、電壓電流控制器386和坐標變換器388。功率測量器380測量雙饋感應發電機302的輸出功率。功率控制器382連接到功率測量器380，功率控制器382輸出功率控制信號。最大功率追蹤模塊384連接到風電機組原動機304和功率控制器382，最大功率追蹤模塊384檢測并記錄最大功率并提供給功率控制器382。電壓電流控制器386連接到功率控制器382，電壓電流控制器386根據功率控制信號輸出電壓幅值信號。坐標變換器388連接到電壓電流控制器386和雙饋感應發電機302，坐標變換器388對電壓電流控制器386輸出的電壓幅值信號進行相位變換，并輸出經相位變換的電壓幅值信號給雙饋感應發電機302。本實用新型的雙饋風電機組的仿真裝置能夠準確反映風機的物理特性和雙饋感應發電機的工作狀況，能夠滿足風電并網規范對并網風機的完整測試要求。
權利要求1.一種雙饋風電機組的仿真裝置，其特征在于，包括 雙饋感應發電機； 風電機組原動機，風電機組原動機連接到雙饋感應發電機，風電機組原動機在風力驅動下帶動雙饋感應發電機的轉子轉動； 監測保護設備，連接到雙饋感應發電機，測量雙饋感應發電機輸出的電壓和電流； 轉子側變流設備，連接到雙饋感應發電機、風電機組原動機和監測保護設備，轉子側變流設備控制雙饋感應發電機的電壓幅值和相位，進行有功解耦控制和無功解耦控制。
2.如權利要求I所述的雙饋風電機組的仿真裝置，其特征在于，所述風電機組原動機包括 風力機，風力機包括風輪； 槳距角控制器，連接到風力機，槳距角控制器調節風輪的槳葉的角度； 軸系控制器，連接到風力機，軸系控制器調節風輪的輸出軸轉速。
3.如權利要求2所述的雙饋風電機組的仿真裝置，其特征在于，所述軸系控制器包括變速箱。
4.如權利要求I所述的雙饋風電機組的仿真裝置，其特征在于，所述監測保護設備包括 電流測量器，連接到雙饋感應發電機并測量雙饋感應發電機的輸出電流； 電壓測量器，連接到雙饋感應發電機并測量雙饋感應發電機的輸出電壓； 保護器，保護雙饋感應發電機。
5.如權利要求I所述的雙饋風電機組的仿真裝置，其特征在于，所述轉子側變流設備包括 功率測量器，測量雙饋感應發電機的輸出功率； 功率控制器，連接到功率測量器，功率控制器輸出功率控制信號； 最大功率追蹤模塊，連接到風電機組原動機和功率控制器，檢測并記錄最大功率并提供給功率控制器； 電壓電流控制器，連接到所述功率控制器，電壓電流控制器根據所述功率控制信號輸出電壓幅值信號； 坐標變換器，連接到電壓電流控制器和雙饋感應發電機，坐標變換器對電壓電流控制器輸出的電壓幅值信號進行相位變換，并輸出經相位變換的電壓幅值信號給雙饋感應發電機。
專利摘要本實用新型揭示了一種雙饋風電機組的仿真裝置，包括雙饋感應發電機、風電機組原動機、監測保護設備和轉子側變流設備。風電機組原動機連接到雙饋感應發電機，風電機組原動機在風力驅動下帶動雙饋感應發電機的轉子轉動。監測保護設備連接到雙饋感應發電機，測量雙饋感應發電機輸出的電壓和電流。轉子側變流設備連接到雙饋感應發電機，轉子側變流設備控制雙饋感應發電機的電壓幅值和相位，進行有功解耦控制和無功解耦控制。本實用新型的雙饋風電機組的仿真裝置能夠準確反映風機的物理特性和雙饋感應發電機的工作狀況，能夠滿足風電并網規范對并網風機的完整測試要求。
文檔編號G01R31/34GK202548295SQ20122012791
公開日2012年11月21日 申請日期2012年3月30日 優先權日2012年3月30日
發明者仇成, 馮煜堯, 楊增輝, 秦曠宇 申請人:上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司