CN102779450B - 一种风力发电综合实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电综合实验平台，包括风力发电设备、风速仪、电能输出模块、数据采集处理模块和负载，所述的风力发电设备分别与电能输出模块、数据采集处理模块连接，所述的数据采集处理模块分别与风速仪、电能输出模块连接，所述的电能输出模块与负载连接；所述的风力发电设备将电能通过电能输出模块输出至负载，同时数据采集处理模块分别采集风力发电设备、风速仪、电能输出模块的信息并进行处理、存储和显示。与现有技术相比，本发明具有可锻炼学生的思维能力、节能意识，培养学生综合运用基础理论分析和解决问题的能力，开阔学生视野，培养学生独立解决工程问题的能力等优点。

Description

一种风力发电综合实验平台

技术领域

本发明涉及一种实验室平台，尤其是涉及一种风力发电综合实验平台。

背景技术

国家发改委提出到2010年全国建设400万千瓦风电装机容量的目标。2006年上海市发改委与上海市电力公司在开展风资源普查的基础上，组织编制了《上海市风力发电“十一五”发展规划和2020年远景目标》，并将规划列入了上海市城市发展总体规划。“十一五”期间，上海将形成20-30万千瓦规模的风力发电场，约占全市发电装机容量的2％左右，到2020年，上海市能够形成约100万千瓦的风力发电装机规模，占全市发电-装机容量的5％左右。

该规划根据上海地区风力资源的分布特点，建造陆上和海上风力发电项目，用以优化上海的城市供电结构、缓解电力紧张矛盾。根据规划，上海最终将形成多个中小型风电场，5个10万千瓦级沿岸(近海)大型风电场和1-2个百万千瓦级特大型风电场的发展布局。其中，崇明东滩沿岸、南汇大治河以南至临港新城沿岸、长兴岛北部沿岸、奉贤沿岸、吴淞口一外高桥港区沿江地带等地区，风资源相对丰富，近期可以因地制宜建设若干个中小型风电场。

目前，内蒙古和江苏、吉林、河北等省、区已经和将要建成风电装机容量100万千瓦。这几年上海加快利用开发风能，后发优势明显。根据《上海市风力发电“十一五”规划和2020年远景目标》绘就的风力发电发展蓝图，到2020年上海风电装机容量将达到100万千瓦。

其中，2003年，位于上海奉贤海湾旅游开发区内的杭州湾大堤旁，出现了4个巨大的风轮，在距地面65米的空中迎风旋转。10月，上海新能源环保工程有限公司投资总额达3800万元的4台850千瓦的风力发电机组建成运行开始并网发电，全年发电量达到690万千瓦时，在上海风电发展史上实现了零的突破。这是第一家在海边滩涂围垦的软土基上建造的风力发电场，国内最高的塔架可以获得较高的平均风速和风能利用效率，当风速达到14.5米/秒以上时，风力机组将实现“满发”。根据对奉贤海滨风资源的测量，该风电场一年的“满发”时间可达2200小时左右。

到2007年上半年，上海共建设了奉贤、南汇、崇明3个风电场，共计2.44万千瓦。除了奉贤风电场3400千瓦，另外两个项目是南汇风电场16000千瓦和崇明风电场4500千瓦，分别选在对长江口区具有代表意义的一南一北两个点，即位于南汇大治河口南侧的滨海森林公园和崇明东旺沙东滩湿地公园处，以期通过这两处风电场的建设和实际运行，获得风电场建设的经验及有关风资源、发电量等实际数据和风电机的运行经验，据此对长江口区风资源情况做出可靠的初步评价，并在此基础上进一步结合上海市发展规划，做出上海市的长远风电发展规划。这两个风电场共安装14台1.5万千瓦风轮，总容量2.1万千瓦，已于2005年建成并并网发电，按上海风资源估算，年平均上网电量可达4200万千瓦时。

上海风能发展最引人注目的是计划在东海大桥东侧开发我国第一个海上风电场，总装机容量10万千瓦，东海大桥附近海域有利风力发电的年有效风时约为8000小时。拟建设34台3000千瓦海上风轮，2010年上海世博会举办时建成，所发电能通过海底电缆输送回陆地，未来预计发电量可达26亿度“绿电”，可供上海20多万户居民使用一年，预计可在2009年至2010年建成。

在上海，发展风电具有巨大的环境效益。如在上海安装10万千瓦风电装机，按年上网电量两亿千瓦时、每千瓦时平均耗煤330克计算，每年可节煤6.6万吨(价值2112万元)，可减少向大气排放14万吨二氧化碳、1300吨二氧化硫和1.75万吨灰渣。

大风轮已在上海各处开花，由北至南遍布东南沿海区县。从崇明的3台1500千瓦风轮，到南汇的11台相同容量风轮，再到奉贤的4台850千瓦风轮，申城风电装机容量现有2.44万千瓦。目前，崇明岛的风电场正在扩建10台总容量达1.5万千瓦的二期机组，预计最快年内即可投入运行。这样一来，全部28台“风车”每年可以为上海提供7880万度(千瓦时)绿色电能，发电量增幅达61.5％，可满足超过15万户居民的生活用电需要。

可再生能源的开发利用作为国家和上海市重点发展和扶持的产业方向，加之上海市经委已经做出规划在上海海上建立大型的风电场。但是现在还没有系统性的教学实验平台，可让学生直观得了解风力发电的相关技术。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种风力发电综合实验平台。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种风力发电综合实验平台，其特征在于，包括风力发电设备、风速仪、电能输出模块、数据采集处理模块和负载，所述的风力发电设备分别与电能输出模块、数据采集处理模块连接，所述的数据采集处理模块分别与风速仪、电能输出模块连接，所述的电能输出模块与负载连接；

所述的风力发电设备将电能通过电能输出模块输出至负载，同时数据采集处理模块分别采集风力发电设备、风速仪、电能输出模块的信息并进行处理、存储和显示。

所述的风力发电设备包括风轮和风力发电机，并设有分别与数据采集处理模块连接的机头偏角检测信号输出接口、电机转速检测信号输出接口、电机扭矩信号输出接口、发电机实际电压电流输出接口和发电机电压电流检测信号输出接口。

所述的风速仪设有分别与数据采集处理模块连接的风速检测信号输出接口和风向检测信号输出接口。

所述的电能输出模块包括充电控制电路、蓄电池组、逆变器、风力/电网供电切换控制电路和总控制器，所述的充电控制电路、蓄电池组、逆变器、风力/电网供电切换控制电路依次连接，所述的总控制器分别与充电控制电路、蓄电池组、逆变器、风力/电网供电切换控制电路连接，所述的充电控制电路与风力发电机连接，所述的风力/电网供电切换控制电路分别与负载、外部电网连接。

所述的蓄电池组设有分别与数据采集处理模块连接的蓄电池实际电压电流输出接口和蓄电池电压电流检测信号输出接口。

所述的逆变器设有分别与数据采集处理模块连接的逆变器交流侧电压电流信号输出接口和逆变器直流侧电压电流信号接口。

所述的数据采集处理模块包括数据采集电路、应用服务器、数据库服务器、交换机、数据显示单元和PC，所述的数据采集电路分别与风力发电设备、风速仪、电能输出模块、应用服务器连接，所述的应用服务器分别与数据库服务器、交换机连接，所述的交换机分别与数据显示单元、PC连接。

所述的数据显示单元包括依次连接的数据显示输出机顶盒和LCD显示屏，所述的数据显示输出机顶盒与交换机连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本实验室平台可锻炼学生的思维能力、节能意识，培养学生综合运用基础理论分析和解决问题的能力，开阔学生视野，培养学生独立解决工程问题的能力。

2、培养学生综合运用电机学，电力拖动基础，自动控制原理和电力电子学所学的基础理论，学习并掌握风力发电设备和装置的系统构成，数学模型，控制规律。

本平台从发电、控制、检测、应用、演示、开发等多角度使学生理解风电系统的基本原理、发电过程、集成控制、检测传感、应用系统等。

3、以实际风力发电系统为基础，是真实、可操作的教学实践平台，该平台具备当前风力发电系统最新的双馈发电技术、永磁同步发电技术、并网控制技术、电力电子技术、逆变技术等重要核心实验技术，

4、以开放式系统设计，使学生和老师在探究系统技术和理论的同时，可以进行自我设计，提升系统的设计结构和设计要求。同时可以进行先进技术、先进理论的各种尝试。

附图说明

图1为本发明的结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种风力发电综合实验平台，包括风力发电设备1、风速仪4、电能输出模块2、数据采集处理模块3和负载5，所述的风力发电设备1分别与电能输出模块2、数据采集处理模块3连接，所述的数据采集处理模块3分别与风速仪4、电能输出模块2连接，所述的电能输出模块2与负载5连接；所述的风力发电设备1将电能通过电能输出模块2输出至负载5，同时数据采集处理模块3分别采集风力发电设备1、风速仪4、电能输出模块2的信息并进行处理、存储和显示。

所述的风力发电设备1包括风轮11和风力发电机12，并设有分别与数据采集处理模块连接的机头偏角检测信号输出接口、电机转速检测信号输出接口、电机扭矩信号输出接口、发电机实际电压电流输出接口和发电机电压电流检测信号输出接口。所述的风速仪4设有分别与数据采集处理模块连接的风速检测信号输出接口和风向检测信号输出接口。

所述的电能输出模块2包括充电控制电路21、蓄电池组22、逆变器23、风力/电网供电切换控制电路24和总控制器25，所述的充电控制电路21、蓄电池组22、逆变器23、风力/电网供电切换控制电路24依次连接，所述的总控制器2分别与充电控制电路21、蓄电池组22、逆变器23、风力/电网供电切换控制电路24连接，所述的充电控制电路21与风力发电机12连接，所述的风力/电网供电切换控制电路24分别与负载5、外部电网6连接。

所述的蓄电池组22设有分别与数据采集处理模块连接的蓄电池实际电压电流输出接口和蓄电池电压电流检测信号输出接口。所述的逆变器23设有分别与数据采集处理模块连接的逆变器交流侧电压电流信号输出接口和逆变器直流侧电压电流信号接口。

所述的数据采集处理模块3包括数据采集电路31、应用服务器32、数据库服务器33、交换机34、数据显示单元和PC35，所述的数据采集电路31分别与风力发电设备1、风速仪4、电能输出模块2、应用服务器32连接，所述的应用服务器32分别与数据库服务器33、交换机34连接，所述的交换机34分别与数据显示单元、PC35连接。所述的数据显示单元包括依次连接的数据显示输出机顶盒36和LCD显示屏37，所述的数据显示输出机顶盒36与交换机34连接。

Claims (5)

1.一种风力发电综合实验平台，其特征在于，包括风力发电设备、风速仪、电能输出模块、数据采集处理模块和负载，所述的风力发电设备分别与电能输出模块、数据采集处理模块连接，所述的数据采集处理模块分别与风速仪、电能输出模块连接，所述的电能输出模块与负载连接；

所述的风力发电设备将电能通过电能输出模块输出至负载，同时数据采集处理模块分别采集风力发电设备、风速仪、电能输出模块的信息并进行处理、存储和显示；

所述的风力发电设备包括风轮和风力发电机，并设有分别与数据采集处理模块连接的机头偏角检测信号输出接口、电机转速检测信号输出接口、电机扭矩信号输出接口、发电机实际电压电流输出接口和发电机电压电流检测信号输出接口；

所述的电能输出模块包括充电控制电路、蓄电池组、逆变器、风力/电网供电切换控制电路和总控制器，所述的充电控制电路、蓄电池组、逆变器、风力/电网供电切换控制电路依次连接，所述的总控制器分别与充电控制电路、蓄电池组、逆变器、风力/电网供电切换控制电路连接，所述的充电控制电路与风力发电机连接，所述的风力/电网供电切换控制电路分别与负载、外部电网连接；

所述的数据采集处理模块包括数据采集电路、应用服务器、数据库服务器、交换机、数据显示单元和PC，所述的数据采集电路分别与风力发电设备、风速仪、电能输出模块、应用服务器连接，所述的应用服务器分别与数据库服务器、交换机连接，所述的交换机分别与数据显示单元、PC连接。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电综合实验平台，其特征在于，所述的风速仪设有分别与数据采集处理模块连接的风速检测信号输出接口和风向检测信号输出接口。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电综合实验平台，其特征在于，所述的蓄电池组设有分别与数据采集处理模块连接的蓄电池实际电压电流输出接口和蓄电池电压电流检测信号输出接口。

4.根据权利要求1所述的一种风力发电综合实验平台，其特征在于，所述的逆变器设有分别与数据采集处理模块连接的逆变器交流侧电压电流信号输出接口和逆变器直流侧电压电流信号接口。

5.根据权利要求1所述的一种风力发电综合实验平台，其特征在于，所述的数据显示单元包括依次连接的数据显示输出机顶盒和LCD显示屏，所述的数据显示输出机顶盒与交换机连接。