CN102692601A - 低压-中压风力发电模拟实验平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低压-中压风力发电模拟实验平台，包括有配电系统、中压异步电机及其控制系统、联轴器、低压双馈异步电机及其控制系统，上位机监控系统。本发明中的电机控制器均采用四象限的背靠背系统，两台电机均可运行在电动、发点模式下，达到了一个平台模拟两种不同电压等级、两种不同风力发电机型的目的。本发明既可对低压双馈机型并网发电提供实验平台，也可为中压笼型异步电机并网发电相关技术研究提供基础硬件平台支持，为研究低中压风力发电中的关键问题提供了实验基础。

Description

低压-中压风力发电模拟实验平台
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及风力发电实验模拟技术领域，具体为一种低压-中压风力发电系统实验平台。
背景技术
风力发电作为一种有效的可再生能源利用形式，近年来越来越受到关注，但是由于条件所限大量的实际风场实验验证是不现实的，为了高效的对系统控制策略及软硬件进行验证，通常需要对风力发电系统进行前期的实验室地面模拟实验研究，因而风力发电实验室模拟实验系统应用而生。
《风力发电机组风轮功率输出特性模拟实验方法》(CN136351,沈阳工业大学)公开了精确地风速模型，适用于模拟实际风电场的工况；《一种变速恒频风力双馈发电机实验模拟系统》(CN1972115A,中国科学院电工研究所)公开的模拟实验平台可以模拟水力双馈发电机系统； 
经过长期的努力，我国的风力发电相关技术有了长足的进步，但仍未掌握其核心技术，技术水平任较低。风力发电实验平台作为风电的基础研究平台，其相关技术有待搞。现有的风力发电实验系统均为低压实验平台，对中压网路未有涉及。 
发明内容
为弥补现有的技术缺陷，本发明的提供一种低压-中压风力发电实验系统，既可对现有的低压双馈机型并网发电提供实验平台，也可为中压异步电机并网发电相关技术研究提供基础硬件平台支持；为研究低中压风力发电中的关键问题提供了实验研究平台。
本发明采用的技术方案是：
低压-中压风力发电模拟实验平台，其特征在于：包括有配电系统、中压异步电机及其控制系统、联轴器、低压双馈异步电机及其控制系统，上位机监控系统，所述的中压异步电机及其控制系统包括有中压笼型异步电机、第二变压器、三电平四象限变频器、滤波升压单元，电网经过配电系统接入第二变压器，第二变压器与三电平四象限变频器连接，三电平四象限变频器经过滤波升压单元控制连接中压笼型异步电机；所述的低压双馈异步电机及其控制系统包括有低压双馈电机、背靠背变流器、滤波单元、并网开关、第三变压器，低压双馈电机的定子通过并网开关接入电网，低压双馈电机的转子接入背靠背变流器，背靠背变流器经过滤波单元后，通过第三变压器接入电网；所述的中压笼型异步电机与低压双馈电机之间通过联轴器连接，所述的上位机监控系统分别与三电平四象限变频器、背靠背变流器通信连接，下发控制指令，时时监控实验平台运行。
所述的中压异步电机及其控制系统还包括有光电编码器，光电编码器与中压笼型异步电机的转轴相连，用于检测中压笼型异步电机的转速。
所述的背靠背变流器包括有机侧变流器和网侧变流器，机侧变流器连接低压双馈电机的转子，网侧变流器经过滤波单元后，通过第三变压器接入电网。
所述的配电系统包括有第一变压器、进线柜、变压器保护柜、出线柜。
所述的联轴器包括有扭矩传感器，用于检测中压笼型异步电机和低压双馈电机的扭矩。
本发明的实验平台采用中压异步机-低压双馈电机对拖模式，两台电机控制器均采用四象限运行的整流-逆变的背靠背系统。在中压异步电机模拟风力机驱动双馈电机，双馈电机通过背靠背变流器并网运行模式时，本实验平台可作为双馈风力发电机机型的研究平台；当双馈电机模拟风力机驱动中压异步电机，中压异步电机通过一个三电平四象限变频器并网发电时，本平台可用作中压异步发电机的研究平台。达到一个平台模拟两种不同电压等级、两种不同风力发电机型的目的。 
与现有技术相比，本发明有如下优势和有效益果：
1、本发明设计了异步电机-双馈电机对拖模拟风电系统，模拟平台的电机控制器均采有四象限运行背靠背变流器，可实现双馈电机并网发电或异步电机并网发电，达到了一个模拟平台模拟两种不同并网发电机机型的目的，平台具有通用性、扩展性。
2、本发明设计了一种低压-中压风力发电模拟平台，可模拟两种电压等级下的风力发电系统；特别对于中压异步电机发电模式，可反映海上风电场的运行状况。
3、本发明设计的风力发电模拟实验平台，可做为风力发电的基础平台，研究电能质量，变流器并网控制，电网适应性，低电压穿越等重难点问题。
附图说明
图1为本发明的低压-中压风力发电实验平台的系统示意图。
图2为本发明的双馈电机控制结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，低压-中压风力发电模拟实验平台，包括有配电系统1、中压异步电机及其控制系统、联轴器2、低压双馈异步电机及其控制系统，上位机监控系统3，中压异步电机及其控制系统包括有中压笼型异步电机4、第二变压器5、三电平四象限变频器6、滤波升压单元7，电网经过配电系统1接入第二变压器5，第二变压器5与三电平四象限变频器6连接，三电平四象限变频器6经过滤波升压单元7控制连接中压笼型异步电机4；低压双馈异步电机及其控制系统包括有低压双馈电机8、背靠背变流器9、滤波单元10、并网开关11、第三变压器12，低压双馈电机8的定子通过并网开关11接入电网，低压双馈电机8的转子接入背靠背变流器9，背靠背变流器9经过滤波单元10后，通过第三变压器12接入电网；中压笼型异步电机4与低压双馈电机8之间通过联轴器2连接，上位机监控系统3分别与三电平四象限变频器6、背靠背变流器9通信连接，下发控制指令，时时监控实验平台运行。
中压异步电机及其控制系统还包括有光电编码器，光电编码器与中压笼型异步电机的转轴相连，用于检测中压笼型异步电机的转速。
背靠背变流器9包括有机侧变流器和网侧变流器，机侧变流器连接低压双馈电机的转子，网侧变流器经过滤波单元后，通过第三变压器接入电网。
配电系统1包括有第一变压器、进线柜、变压器保护柜、出线柜。
联轴器2包括有扭矩传感器，用于检测中压笼型异步电机和低压双馈电机的扭矩。
其中，中压笼型异步电机4采用昆明电机有限公司的三相异步电机(Y355-4)；低压双馈电机采用昆明电机有限公司的三相绕线式异步电机(YR2-355M1-4R)；配电系统采用必达电气的KYN44系统，进线柜采用KYN44A-12进线隔离剂PT柜，变压器保护柜采用KYN44A-12/1#变压器保护柜、KYN44A-12/2#变压器保护柜；出线柜采用KYN44A-12变压器出线柜，配电系统中的第一变压器采用顺特电气生产的SC9-400/10树脂浇注干式电力变压器；第二变压器采用许继变压器有限公司生产的SCB10-315/10树脂浇注干式电力变压器；三电平四象限变频器采用西门子罗宾康高压变频器。
电网经配电系统升压至10KV，在经第二变压器降压至6000V接入三电平四象限变频器，三电平四象限变频器控制中压笼型异步电机运行。低压双馈电机通过背靠背变流器控制其运行。
实验平台模拟双馈机型并网发电：
三电平四象限变频器控制中压笼型异步电机运行于转矩控制模式，按照转矩-转速曲线运行，输出转矩，模拟风机；中压笼型异步电机拖动低压双馈电机，低压双馈电机通过背靠背变流器并网发电。
实验平台模拟中压笼型异步机型并网发电：
背靠背变流器控制低压双馈电机，拖动中压笼型异步电机运行，中压笼型异步电机通过三电平四象限变频器并网发电。

Claims (5)

1.一种低压-中压风力发电模拟实验平台，其特征在于：包括有配电系统、中压异步电机及其控制系统、联轴器、低压双馈异步电机及其控制系统，上位机监控系统，所述的中压异步电机及其控制系统包括有中压笼型异步电机、第二变压器、三电平四象限变频器、滤波升压单元，电网经过配电系统接入第二变压器，第二变压器与三电平四象限变频器连接，三电平四象限变频器经过滤波升压单元控制连接中压笼型异步电机；所述的低压双馈异步电机及其控制系统包括有低压双馈电机、背靠背变流器、滤波单元、并网开关、第三变压器，低压双馈电机的定子通过并网开关接入电网，低压双馈电机的转子接入背靠背变流器，背靠背变流器经过滤波单元后，通过第三变压器接入电网；所述的中压笼型异步电机与低压双馈电机之间通过联轴器连接，所述的上位机监控系统分别与三电平四象限变频器、背靠背变流器通信连接。
2.根据权利要求1所述的低压-中压风力发电模拟实验平台，其特征在于：所述的中压异步电机及其控制系统还包括有光电编码器，光电编码器与中压笼型异步电机的转轴相连。
3.根据权利要求1所述的低压-中压风力发电模拟实验平台，其特征在于：所述的背靠背变流器包括有机侧变流器和网侧变流器，机侧变流器连接低压双馈电机的转子，网侧变流器经过滤波单元后，通过第三变压器接入电网。
4.根据权利要求1所述的低压-中压风力发电模拟实验平台，其特征在于：所述的配电系统包括有第一变压器、进线柜、变压器保护柜、出线柜。
5.根据权利要求1所述的低压-中压风力发电模拟实验平台，其特征在于：所述的联轴器包括有扭矩传感器。
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