CN103713598A - 一种风力发电动态模拟实验系统 - Google Patents
一种风力发电动态模拟实验系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103713598A CN103713598A CN201310722043.6A CN201310722043A CN103713598A CN 103713598 A CN103713598 A CN 103713598A CN 201310722043 A CN201310722043 A CN 201310722043A CN 103713598 A CN103713598 A CN 103713598A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- system module
- module
- wind
- control
- closed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 53
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 45
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 28
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 24
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 22
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 16
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 5
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 4
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims description 4
- 230000008447 perception Effects 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000012913 prioritisation Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000003653 coastal water Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种风力发电动态模拟实验系统,通过网络控制系统模块的内置LABVIEW软件,实现人机交互、风机控制、参数设置、信息查阅;PLC主控系统模块接收系统模块的信息并控制系统模块的工作;偏航变桨系统模块,用于偏航控制、桨距调节、桨角采集、异常保护;风力机发电系统模拟模块,用于风速调节和转速控制;变流系统模块,用于电力变换、功率控制、转矩控制、功率因数调节;检测系统模块,用于数字量采集和模拟量采集;安全保护系统模块,用于实现机组的强风保护、参数越限保护、电压电流保护、启动与关机保护,紧急停机保护;触摸屏模块,用于用户手动输入命令与信息实时显示。此外,本发明操作方便,提供了性能优良的风力发电动态模拟实验系统。
Description
技术领域
本发明属于新能源研究技术领域,尤其涉及一种风力发电动态模拟实验系统。
背景技术
当前主流的风力发电系统包括:变速恒频直驱型永磁同步风力发电系统和变速恒频双馈感应(DFIG)风力发电系统,DFIG风力发电系统采用1/3部分功率电力电子接口,成本较低、体积较小,目前应用最为广泛;直驱型永磁风力发电系统采用全功率电力电子接口、无需变速箱、运行范围宽以及效率较高等优点,发展迅速,应用较广,是近海大型风电机组的发展趋势。
现有技术存在缺陷:如DFIG风力发电系统采效率略低且需要变速箱、维护成本高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种风力发电动态模拟实验系统,旨在解决现有技术存在的DFIG风力发电系统效率低、维护成本高的问题。
本发明实施例是这样实现的,一种风力发电动态模拟实验系统,所述风力发电动态模拟实验系统包括:网络控制系统模块、PLC主控系统模块、偏航变浆系统模块、风力机模拟系统模块、变流系统模块、检测系统模块、安全保护系统模块、触摸屏模块;
网络控制系统模块,内置LABVIEW软件,用于实现人机交互、风机控制、参数设置、查阅信息;
PLC主控系统模块,与网络控制系统模块、偏航变浆系统模块、风力机模拟系统模块、变流系统模块、检测系统模块、安全保护系统模块、触摸屏模块连接,用于接收系统模块的信息并控制系统模块的工作,有数据采集与统计,风机正常工作逻辑控制、故障诊断及保护;
偏航变桨系统模块,与所述PLC主控系统模块连接,接收所述PLC主控系统模块的控制信号,用于偏航控制、桨距调节、桨角采集、异常保护;
风力机模拟系统模块,与所述PLC主控系统模块连接,接收所述PLC主控系统模块的控制信号,用于风速调节和转速控制;
变流系统模块,与所述PLC主控系统模块连接,接收所述PLC主控系统模块的控制信号,用于电力变换、功率控制、转矩控制、功率因数调节;
检测系统模块,与所述PLC主控系统模块连接,接收所述PLC主控系统模块的控制信号,用于数字量采集和模拟量采集,检测风速、风向、电机转速、电机转矩信号以及变流器直流母线的电压、电流,变流器所有与网侧相连的三相电压和三相电流;
安全保护系统模块,与所述PLC主控系统模块连接,接收所述PLC主控系统模块的控制信号,用于实现机组的强风保护、参数越限保护、电压电流保护、启动与关机保护,紧急停机保护;
触摸屏模块,与所述PLC主控系统模块连接,接收所述PLC主控系统模块的控制信号,用于用户手动输入命令与信息实时显示。
进一步、所述偏航变桨系统模块还包括:风轮模拟系统、变桨闭环控制、PLC、偏航闭环控制;
风轮模拟系统,与变桨闭环控制、Simens S7-226PLC、偏航闭环控制连接,用于使用电风扇转动吹风来模拟实际风场风速和模拟实际桨叶的偏航和变浆运动;
PLC,与所述风轮模拟系统连接,接收所述风轮模拟系统连接的模拟信号,用于进行闭环控制运算和定位;
变浆闭环控制,与所述风轮模拟系统连接,接收所述风轮模拟系统连接的模拟信号,用于根据测得的风速计算出当前的最佳浆距角β*,与实际浆距角β进行比较,实现变浆的目的;
偏航闭环控制,与所述风轮模拟系统连接,接收所述风轮模拟系统连接的模拟信号,向所述风轮模拟系统发送信号,用于根据测得的风向计算出应跟踪的方位角α*,与实际电动转台的方位角α进行比较,实现偏航的目的。
进一步、所述PLC,还包括:
用于与主控制器S7-317PLC进行通信的RS485通信接口、用于进行闭环控制算法计算的中央处理器CPU模块;
用于进行变浆闭环控制的1号定位模块;
用于进行偏航闭环控制的2号定位模块。
进一步、所述变浆闭环控制具体操作为:
第一步、根据测得的风速计算出当前的最佳浆距角β*,与实际的位置信号1,即实际浆距角β进行比较;
第二步、进行闭环控制后经1号定位模块发出脉冲信号;
第三步、经1号V80驱动器驱动伺服电机1带动桨叶作水平圆周运动,实现变浆的目的。
进一步、所述偏航闭环控制具体操作为:
第一步、根据测得的风向计算出应跟踪的方位角α*,与实际的位置信号2,即实际电动转台的方位角α进行比较;
第二步、进行闭环控制后经2号定位模块发出脉冲信号;
第三步、经2号V80驱动器驱动伺服电机2带动电动转台作水平圆周运动,实现偏航的目的。
进一步、所述变流系统模块还包括:电子开关柔性负载、DSP处理器、FPGA模块、光耦隔离驱动电路,主电路;
电子开关柔性负载,可以是对称的、不对称的、线性、非线性的感性、容性负载;
DSP处理器,用于提供电流传感器检测负载的三相电流ia、ib和ic,电压传感器检测三相电压ea、eb和ec,经过锁相环得到电网电压同步信号,经过同步旋转矢量电流PI控制算法的计算可以得到调制度m;
FPGA模块,与光耦隔离驱动电路连接,传递PWM触发信号给光耦隔离驱动电路,通过SPI总线接收DSP处理器计算最终的结果m、锁相环相位角θ和锁相频率fnet,采用空间矢量脉宽调制SVPWM算法形成6路带有死区的PWM触发信号;
光耦隔离驱动电路,与所述FPGA模块连接,接收传递PWM触发信号,用于将所述FPGA模块输出的PWM信号经过放大,隔离,形成具有真正驱动能力的驱动信号去驱动逆变器主电路的各个功率开关管工作;
主电路,与所述光耦隔离驱动电路连接,接收光耦隔离驱动电路驱动信号,由直流稳压电源给6个功率开关管供电。
本发明提供的风力发电动态模拟实验系统,通过网络控制系统模块的内置LABVIEW软件,实现人机交互、风机控制、参数设置、查阅信息;PLC主控系统模块接收系统模块的信息并控制系统模块的工作;偏航变桨系统模块,用于偏航控制、桨距调节、桨角采集、异常保护;风力机模拟系统模块,用于风速调节和转速控制;变流系统模块,用于电力变换、功率控制、转矩控制、功率因数调节;检测系统模块,用于数字量采集和模拟量采集;安全保护系统模块,用于实现机组的强风保护、参数越限保护、电压电流保护、启动与关机保护,紧急停机保护;触摸屏模块,用于用户手动输入命令与信息实时显示。此外,本发明操作方便,提供了性能优良的风力发电动态模拟实验系统。
附图说明
图1是本发明实施例提供的风力发电动态模拟实验系统结构框图;
图中:1、网络控制系统模块;2、PLC主控系统模块;3、偏航变桨系统模块;4、风力机模拟系统模块;5、变流系统模块;6、检测系统模块;7、安全保护系统模块;8、触摸屏系统模块;
图2是本发明实施例提供的偏航变浆系统模块示意图;
图中:3-1、风轮模拟系统;3-2、变桨闭环控制;3-3、PLC;3-4、偏航闭环控制;
图3是本发明实施例提供的风力机模拟系统模块结构示意图;
图4是本发明实施例提供的变流系统模块核心硬件变流器单元结构框图;
图中:5-1、电子开关柔性负载;5-2、DSP处理器;5-3、FPGA模块;5-4、光耦隔离驱动电路;5-5、主电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
图1示出了本发明提供的风力发电动态模拟实验系统结构。为了便于说明,仅仅示出了与本发明相关的部分。
本发明的风力发电动态模拟实验系统,该风力发电动态模拟实验系统包括:网络控制系统模块、PLC主控系统模块、偏航变浆系统模块、风力机模拟系统模块、变流系统模块、检测系统模块、安全保护系统模块、触摸屏模块;
网络控制系统模块,内置LABVIEW软件,用于实现人机交互、风机控制、参数设置、查阅信息;
PLC主控系统模块,与网络控制系统模块、偏航变浆系统模块、风力机模拟系统模块、变流系统模块、检测系统模块、安全保护系统模块、触摸屏模块连接,用于接收系统模块的信息并控制系统模块的工作,有数据采集与统计,风机正常工作逻辑控制、故障诊断及保护;
偏航变桨系统模块,与PLC主控系统模块连接,接收PLC主控系统模块的控制信号,用于偏航控制、桨距调节、桨角采集、异常保护;
风力机模拟系统模块,与PLC主控系统模块连接,接收PLC主控系统模块的控制信号,用于风速调节和转速控制;
变流系统模块,与PLC主控系统模块连接,接收PLC主控系统模块的控制信号,用于电力变换、功率控制、转矩控制、功率因数调节;
检测系统模块,与PLC主控系统模块连接,接收PLC主控系统模块的控制信号,用于数字量采集和模拟量采集,检测风速、风向、电机转速、电机转矩信号以及变流器直流母线的电压、电流,变流器所有与网侧相连的三相电压和三相电流;
安全保护系统模块,与PLC主控系统模块连接,接收PLC主控系统模块的控制信号,用于实现机组的强风保护、参数越限保护、电压电流保护、启动与关机保护,紧急停机保护;
触摸屏模块,与PLC主控系统模块连接,接收PLC主控系统模块的控制信号,用于用户手动输入命令与信息实时显示。
作为本发明实施例的一优化方案,偏航变桨系统模块还包括:风轮模拟系统、变桨闭环控制、PLC、偏航闭环控制;
风轮模拟系统,与变桨闭环控制、PLC、偏航闭环控制连接,用于使用电风扇转动吹风来模拟实际风场风速和模拟实际桨叶的偏航和变浆运动;
PLC,与风轮模拟系统连接,接收风轮模拟系统连接的模拟信号,用于进行闭环控制运算和定位;
变浆闭环控制,与风轮模拟系统连接,接收风轮模拟系统连接的模拟信号,用于根据测得的风速计算出当前的最佳浆距角β*,与实际浆距角β进行比较,实现变浆的目的;
偏航闭环控制,与风轮模拟系统连接,接收风轮模拟系统连接的模拟信号,向风轮模拟系统发送信号,用于根据测得的风向计算出应跟踪的方位角α*,与实际电动转台的方位角α进行比较,实现偏航的目的。
作为本发明实施例的一优化方案,PLC,还包括:
用于与主控制器S7-317PLC进行通信的RS485通信接口、用于进行闭环控制算法计算的中央处理器CPU模块;
用于进行变浆闭环控制的1号定位模块;
用于进行偏航闭环控制的2号定位模块。
作为本发明实施例的一优化方案,变浆闭环控制具体操作为:
第一步、根据测得的风速计算出当前的最佳浆距角β*,与实际的位置信号1,即实际浆距角β进行比较;
第二步、进行闭环控制后经1号定位模块发出脉冲信号;
第三步、经1号V80驱动器驱动伺服电机1带动桨叶作水平圆周运动,实现变浆的目的。
作为本发明实施例的一优化方案,偏航闭环控制具体操作为:
第一步、根据测得的风向计算出应跟踪的方位角α*,与实际的位置信号2,即实际电动转台的方位角α进行比较;
第二步、进行闭环控制后经2号定位模块发出脉冲信号;
第三步、经2号V80驱动器驱动伺服电机2带动电动转台作水平圆周运动,实现偏航的目的。
作为本发明实施例的一优化方案,变流系统模块还包括:电子开关柔性负载、DSP处理器、FPGA模块、光耦隔离驱动电路,主电路;
电子开关柔性负载,可以是对称的、不对称的、线性、非线性的感性、容性负载;
DSP处理器,用于提供电流传感器检测负载的三相电流ia、ib和ic,电压传感器检测三相电压ea、eb和ec,经过锁相环得到电网电压同步信号,经过同步旋转矢量电流PI控制算法的计算可以得到调制度m;
FPGA模块,与光耦隔离驱动电路连接,传递PWM触发信号给光耦隔离驱动电路,通过SPI总线接收DSP处理器计算最终的结果m、锁相环相位角θ和锁相频率fnet,采用空间矢量脉宽调制SVPWM算法形成6路带有死区的PWM触发信号;
光耦隔离驱动电路,与FPGA模块连接,接收传递PWM触发信号,用于将FPGA模块输出的PWM信号经过放大,隔离,形成具有真正驱动能力的驱动信号去驱动逆变器主电路的各个功率开关管工作;
主电路,与光耦隔离驱动电路连接,接收光耦隔离驱动电路驱动信号,由直流稳压电源给6个功率开关管供电。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示,本发明的风力发电动态模拟实验系统主要包括网络控制系统模块1、PLC主控系统模块2、偏航变浆系统模块3、风力机模拟系统模块4、变流系统模块5、检测系统模块6、安全保护系统模块7及触摸屏模块8八大部分;
网络控制系统模块1连接PLC主控系统模块2,内置LABVIEW软件,起到人机交互的功能,包括风机控制,参数设置,查阅信息等;
PLC主控系统模块2连接所有模块,接收信息并控制其工作,主要有数据采集与统计,风机正常工作逻辑控制,故障诊断及保护等;
触摸屏模块8连接PLC主控系统模块2,用于用户手动输入命令与信息实时显示;
偏航变桨系统模块3主要包括风轮模拟系统3-1、PLC3-2、变浆闭环控制3-3和偏航闭环控制3-4四个部分,组成结构如图2所示,连接PLC主控系统模块2,用于偏航控制,桨距调节,桨角采集和异常保护;
风轮模拟系统3-1用电风扇转动吹风来模拟实际风场风速,自制的小型风标上安装有风速传感器和风向传感器,分别测得电风扇所产生风的风速和风向;为模拟实际桨叶的偏航和变浆运动,特采用如图2所示的转动平台的水平圆周运动来模拟偏航运动,位于转动平台中心的桨叶的水平圆周运动来模拟实际的变浆运动,实验效果表现为:当电风扇摇头时,转动平台始终保持与电风扇同步摇头;当电风扇风速档位由一档依次调到三档(设定风扇一档为低速,三档为高速)时,桨叶逐渐偏离最初的迎风面积最大的方向;
PLC3-2包括用于与主控制器S7-317PLC进行通信的RS485通信接口、用于进行闭环控制算法计算的中央处理器CPU226模块、用于进行变浆闭环控制的1号EM253定位模块、用于进行偏航闭环控制的2号EM253定位模块;
变浆闭环控制3-3,首先根据测得的风速计算出当前的最佳浆距角β*,与实际的位置信号1,即实际浆距角β进行比较,进行闭环控制后经1号定位模块发出脉冲信号,最后经1号V80驱动器驱动伺服电机1带动桨叶作水平圆周运动,实现变浆的目的;
偏航闭环控制3-4,首先根据测得的风向计算出应跟踪的方位角α*,与实际的位置信号2,即实际电动转台的方位角α进行比较,进行闭环控制后经2号定位模块发出脉冲信号,最后经2号V80驱动器驱动伺服电机2带动电动转台作水平圆周运动,实现偏航的目的;
风力机模拟系统模块4连接PLC主控系统模块2,用于风速调节和转速控制;
如图3所示,变流系统模块5主要由电子开关柔性负载5-1、DSP处理器5-2、FPGA模块5-3、光耦隔离驱动电路5-4,主电路5-5组成,连接PLC主控系统模块2,用于电力变换,功率控制,转矩控制,功率因数调节;
电子开关柔性负载5-1,可以是对称的或不对称的、线性或非线性的感性、容性负载;
DSP处理器5-2中,电流传感器检测负载的三相电流ia、ib和ic,电压传感器检测三相电压ea、eb和ec,经过锁相环得到电网电压同步信号,将电压传感器直流侧稳压电容的电压udc送入直流电压调节器与指令电压uref比较产生有功电流id*,三相电流ia、ib和ic经过PARK变换得到实际的有功电流成分id和无功电流成分iq,id*、iq*、id和iq经过同步旋转矢量电流PI控制算法的计算可以得到调制度m;
FPGA模块5-3中,FPGA模块5-3通过SPI总线接收DSP处理器计算最终的结果m、锁相环相位角θ和锁相频率fnet,采用空间矢量脉宽调制SVPWM算法形成6路带有死区的PWM触发信号传给光耦隔离驱动电路;
光耦隔离驱动电路5-4中,光耦隔离驱动电路将FPGA输出的PWM信号经过放大,隔离,形成具有真正驱动能力的驱动信号去驱动逆变器主电路的各个功率开关管工作;
主电路5-5中,由直流稳压电源给6个功率开关管供电,受光耦隔离驱动电路驱动信号控制工作;
检测系统模块6连接PLC主控系统模块2,用于数字量采集和模拟量采集,检测风速、风向、电机转速、电机转矩信号以及变流器直流母线的电压、电流,变流器所有与网侧相连的三相电压和三相电流;
安全保护系统模块7连接PLC主控系统模块2,用于实现机组的强风保护,参数越限保护,电压电流保护,启动与关机保护,紧急停机保护。
本发明构建基于现有的变速恒频直驱型永磁同步风力发电系统和变速恒频双馈感应(DFIG)风力发电系统两种主流风力发电技术的实验平台,第一步,构建变速恒频直驱型永磁同步电机风力并网发电动态模拟平台,将能够提供完整的直驱型风力发电系统的动态模拟实验条件,能满足相关教学和科研的要求,第二步,构建变速恒频双馈感应风力并网发电动态模拟平台,将能够提供完整的双馈型风力发电系统的动态模拟实验条件,满足相关教学和科研的要求;
网络控制系统模块1在LABVIEW开发环境下开发包含基于风速模型的风能模拟以及风轮模拟等,帮助师生掌握和开发包括风能特性以及风机基本工作原理,具有可视化、模型可选、参数可调等特点,可开展变桨控制、偏航控制等上机实验,任意时刻实际风力发电动态模拟硬件平台只响应一台计算机的控制命令,可同时用于多人次(一人一台计算机)的研究工作;
主控系统模块2采用西门子的S7-317PLC,系统软件用程序模块化结构设计,各种功能以子程序结构适时调用实现;程序采用循环扫描方式对主程序进行处理,提高程序执行效率;程序设计通用性强,并具有全面的保护功能和一定的智能性;人机界面友好、方便操作;
风力机模拟系统模块4采用交流机模拟方案,基于交流电机的动态风机模拟系统主要由变频器和异步电动机组成,如图3所示;
变频器通过串行通信接收来自PLC的转速指令驱动异步电机转动,从而拖动永磁同步发电机空载或并网发电运行;
风力机转速计算模型采集风速信号(亦可以产生风速),从光电编码盘获得电机转速与位置信息,经过相应的风机模拟器程序运算将给定电磁转矩指令输给矢量变频器,变频器通过控制输出定子电压控制异步电动机的电磁转矩,使得异步电动机能够为发电机提供类似于实际风机特性的机械转矩;
原动机部分主要由三部分组成,一台2对极,额定转速为1500r/min,额定功率为5.5kW的笼型异步电动机;一块与变频器模拟信号给定相连的接口电路,其主要完成模拟系统控制器脉冲输出转矩信号的整形滤波与相关计算;
变频器按照给定转速进行电动机的转矩控制;
特在变流系统模块5所有与网侧相连的地方另外加装两个PT单元用于测量线电压uab和uac,三个CT单元用于测量相电流ia、ib和ic,用以为实验以后进一步扩展继电保护等实验平台提供足够的测量点。
本发明的工作原理为:用户通过触摸屏模块8手动输入命令,同时触摸屏模块8对信息进行实时显示;网络控制系统模块1连接PLC主控系统模块2,通过内置的LABVIEW软件开发包含基于风速模型的风能模拟以及风轮模型并进行人机交互,包括风机控制,参数设置,查阅信息等,帮助师生掌握和开发包括风能特性以及风机基本工作原理;PLC主控系统模块2接收各模块信息并控制后续模块完成对应的工作:偏航变桨系统模块3用于实现偏航控制,桨距调节,桨角采集和异常保护,风力机模拟系统模块4用于风速调节和转速控制,变流系统模块5用于电力变换,功率控制,转矩控制,功率因数调节;检测系统模块6用于数字量采集和模拟量采集,检测风速、风向、电机转速、电机转矩信号以及变流器直流母线的电压、电流,变流器所有与网侧相连的三相电压和三相电流;安全保护系统模块7用于实现机组的强风保护,参数越限保护,电压电流保护,启动与关机保护,紧急停机保护。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种风力发电动态模拟实验系统,其特征在于,所述风力发电动态模拟实验系统包括:网络控制系统模块、PLC主控系统模块、偏航变浆系统模块、风力机系统模拟模块、变流系统模块、检测系统模块、安全保护系统模块、触摸屏模块;
网络控制系统模块,用于实现人机交互、风机控制、参数设置、查阅信息;
PLC主控系统模块,与网络控制系统模块、偏航变浆系统模块、风力机模拟系统模块、变流系统模块、检测系统模块、安全保护系统模块、触摸屏模块连接,用于接收系统模块的信息并控制系统模块的工作,有数据采集与统计,风机正常工作逻辑控制、故障诊断及保护;
偏航变桨系统模块,与所述PLC主控系统模块连接,接收所述PLC主控系统模块的控制信号,用于偏航控制、桨距调节、桨角采集、异常保护;
风力机模拟系统模块,与所述PLC主控系统模块连接,接收所述PLC主控系统模块的控制信号,用于风速调节和转速控制;
变流系统模块,与所述PLC主控系统模块连接,接收所述PLC主控系统模块的控制信号,用于电力变换、功率控制、转矩控制、功率因数调节;
检测系统模块,与所述PLC主控系统模块连接,接收所述PLC主控系统模块的控制信号,用于数字量采集和模拟量采集,检测风速、风向、电机转速、电机转矩信号以及变流器直流母线的电压、电流,变流器所有与网侧相连的三相电压和三相电流;
安全保护系统模块,与所述PLC主控系统模块连接,接收所述PLC主控系统模块的控制信号,用于实现机组的强风保护、参数越限保护、电压电流保护、启动与关机保护,紧急停机保护;
触摸屏模块,与所述PLC主控系统模块连接,接收所述PLC主控系统模块的控制信号,用于用户手动输入命令与信息实时显示。
2.如权利要求1所述的风力发电动态模拟实验系统,其特征在于,所述偏航变桨系统模块还包括:风轮模拟系统、变桨闭环控制、PLC、偏航闭环控制;
风轮模拟系统,与变桨闭环控制、PLC、偏航闭环控制连接,用于使用电风扇转动吹风来模拟实际风场风速和模拟实际桨叶的偏航和变浆运动;
PLC,与所述风轮模拟系统连接,接收所述风轮模拟系统连接的模拟信号,用于进行闭环控制运算和定位;
变浆闭环控制,与所述风轮模拟系统连接,接收所述风轮模拟系统连接的模拟信号,用于根据测得的风速计算出当前的最佳浆距角β*,与实际浆距角β进行比较,实现变浆的目的;
偏航闭环控制,与所述风轮模拟系统连接,接收所述风轮模拟系统连接的模拟信号,向所述风轮模拟系统发送信号,用于根据测得的风向计算出应跟踪的方位角α*,与实际电动转台的方位角α进行比较,实现偏航的目的。
3.如权利要求2所述的风力发电动态模拟实验系统,其特征在于,所述PLC,还包括:
用于与主控制器S7-317PLC进行通信的RS485通信接口、用于进行闭环控制算法计算的中央处理器模块;
用于进行变浆闭环控制的1号定位模块;
用于进行偏航闭环控制的2号定位模块。
4.如权利要求2所述的风力发电动态模拟实验系统,其特征在于,所述变浆闭环控制具体操作为:
第一步、根据测得的风速计算出当前的最佳浆距角β*,与实际的位置信号1,即实际浆距角β进行比较;
第二步、进行闭环控制后经1号定位模块发出脉冲信号;
第三步、经1号V80驱动器驱动伺服电机1带动桨叶作水平圆周运动,实现变桨的目的。
5.如权利要求2所述的风力发电动态模拟实验系统,其特征在于,所述偏航闭环控制具体操作为:
第一步、根据测得的风向计算出应跟踪的方位角α*,与实际的位置信号2,即实际电动转台的方位角α进行比较;
第二步、进行闭环控制后经2号定位模块发出脉冲信号;
第三步、经2号V80驱动器驱动伺服电机2带动电动转台作水平圆周运动,实现偏航的目的。
6.如权利要求1所述的风力发电动态模拟实验系统,其特征在于,所述变流系统模块还包括:电子开关柔性负载、DSP处理器、FPGA模块、光耦隔离驱动电路,主电路;
电子开关柔性负载,可以是对称的、不对称的、线性、非线性的感性、容性负载;
DSP处理器,用于提供电流传感器检测负载的三相电流ia、ib和ic,电压传感器检测三相电压ea、eb和ec,经过锁相环得到电网电压同步信号,经过同步旋转矢量电流PI控制算法的计算可以得到调制度m;
FPGA模块,与光耦隔离驱动电路连接,传递PWM触发信号给光耦隔离驱动电路,通过SPI总线接收DSP处理器计算最终的结果m、锁相环相位角θ和锁相频率fnet,采用空间矢量脉宽调制SVPWM算法形成6路带有死区的PWM触发信号;
光耦隔离驱动电路,与所述FPGA模块连接,接收传递PWM触发信号,用于将所述FPGA模块输出的PWM信号经过放大,隔离,形成具有真正驱动能力的驱动信号去驱动逆变器主电路的各个功率开关管工作;
主电路,与所述光耦隔离驱动电路连接,接收光耦隔离驱动电路驱动信号,由直流稳压电源给6个功率开关管供电。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310722043.6A CN103713598A (zh) | 2013-12-25 | 2013-12-25 | 一种风力发电动态模拟实验系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310722043.6A CN103713598A (zh) | 2013-12-25 | 2013-12-25 | 一种风力发电动态模拟实验系统 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103713598A true CN103713598A (zh) | 2014-04-09 |
Family
ID=50406649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310722043.6A Pending CN103713598A (zh) | 2013-12-25 | 2013-12-25 | 一种风力发电动态模拟实验系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103713598A (zh) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105207340A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-12-30 | 江苏绿扬电子仪器集团有限公司 | 一种风光互补新能源应用实验平台 |
CN108799013A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-11-13 | 内蒙古工业大学 | 一种测量风力机非定常流场的装置及其测量方法 |
CN109869287A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-11 | 上海交通大学 | 一种用于风力发电机模型试验的信号采集与控制系统 |
CN110045654A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-23 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种基于rt操作系统和fpga的转台状态空间控制系统及方法 |
CN111179676A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-05-19 | 上海海洋大学 | 一种送风系统的虚拟仿真实训平台 |
CN111753381A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-10-09 | 重庆电子工程职业学院 | 基于自适应控制算法的风力发电机组模拟实验系统 |
CN111837078A (zh) * | 2018-03-09 | 2020-10-27 | 西门子股份公司 | 对驱动器控制装置的简化的参数设置 |
CN113279919A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-08-20 | 华能国际电力股份有限公司 | 一种风力发电的模型仿真系统及方法 |
CN113299167A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-08-24 | 新能职业培训学校(天津)有限公司 | 一种小型化风力发电机组偏航系统教具 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN201344857Y (zh) * | 2008-12-16 | 2009-11-11 | 华南理工大学 | 风力发电模拟试验平台 |
CN201653716U (zh) * | 2009-11-17 | 2010-11-24 | 沈阳华人风电科技有限公司 | 一种风力发电控制系统仿真实验台 |
CN102536655A (zh) * | 2012-02-15 | 2012-07-04 | 三一电气有限责任公司 | 控制器、漂浮式风力发电机组及其控制方法 |
CN102854463A (zh) * | 2012-03-31 | 2013-01-02 | 江苏新誉重工科技有限公司 | 一种兆瓦级风力模拟试验系统及试验方法 |
CN202854299U (zh) * | 2012-08-09 | 2013-04-03 | 河南许继工控系统有限公司 | 一种风力发电模拟实验系统 |
-
2013
- 2013-12-25 CN CN201310722043.6A patent/CN103713598A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN201344857Y (zh) * | 2008-12-16 | 2009-11-11 | 华南理工大学 | 风力发电模拟试验平台 |
CN201653716U (zh) * | 2009-11-17 | 2010-11-24 | 沈阳华人风电科技有限公司 | 一种风力发电控制系统仿真实验台 |
CN102536655A (zh) * | 2012-02-15 | 2012-07-04 | 三一电气有限责任公司 | 控制器、漂浮式风力发电机组及其控制方法 |
CN102854463A (zh) * | 2012-03-31 | 2013-01-02 | 江苏新誉重工科技有限公司 | 一种兆瓦级风力模拟试验系统及试验方法 |
CN202854299U (zh) * | 2012-08-09 | 2013-04-03 | 河南许继工控系统有限公司 | 一种风力发电模拟实验系统 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
石立国: "微网实验系统的分析与设计", 《万方学位论文》, 19 June 2013 (2013-06-19) * |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105207340A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-12-30 | 江苏绿扬电子仪器集团有限公司 | 一种风光互补新能源应用实验平台 |
CN111837078A (zh) * | 2018-03-09 | 2020-10-27 | 西门子股份公司 | 对驱动器控制装置的简化的参数设置 |
CN108799013A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-11-13 | 内蒙古工业大学 | 一种测量风力机非定常流场的装置及其测量方法 |
CN109869287A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-11 | 上海交通大学 | 一种用于风力发电机模型试验的信号采集与控制系统 |
CN110045654A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-23 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种基于rt操作系统和fpga的转台状态空间控制系统及方法 |
CN110045654B (zh) * | 2019-04-29 | 2020-11-10 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种基于rt操作系统和fpga的转台状态空间控制系统及方法 |
CN111179676A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-05-19 | 上海海洋大学 | 一种送风系统的虚拟仿真实训平台 |
CN111179676B (zh) * | 2019-12-16 | 2022-04-08 | 上海海洋大学 | 一种送风系统的虚拟仿真实训平台 |
CN111753381A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-10-09 | 重庆电子工程职业学院 | 基于自适应控制算法的风力发电机组模拟实验系统 |
CN111753381B (zh) * | 2020-06-28 | 2023-07-04 | 重庆电子工程职业学院 | 基于自适应控制算法的风力发电机组模拟实验系统 |
CN113299167A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-08-24 | 新能职业培训学校(天津)有限公司 | 一种小型化风力发电机组偏航系统教具 |
CN113279919A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-08-20 | 华能国际电力股份有限公司 | 一种风力发电的模型仿真系统及方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103713598A (zh) | 一种风力发电动态模拟实验系统 | |
CN102680895B (zh) | 一种风力发电模拟平台的模拟方法 | |
Moor et al. | Maximum power point trackers for wind turbines | |
CN102636352B (zh) | 一种永磁直驱风力发电机组模拟实验系统 | |
CN102879199B (zh) | 一种全工况风力机模拟器 | |
CN102749853A (zh) | 基于dSPACE的风电机组整机控制半实物仿真平台 | |
CN104578173A (zh) | 一种基于虚拟同步发电机技术的逆变器并网控制方法 | |
CN103094921A (zh) | 直驱式风力发电机组机电暂态建模方法及机电暂态模型 | |
CN103943009B (zh) | 一种模拟风力发电并网实验系统 | |
CN103762919B (zh) | 用于直驱式风力发电机低电压穿越的功率控制装置及方法 | |
CN103760779A (zh) | 一种直驱风力发电机组动态仿真模拟系统 | |
CN103337208B (zh) | 基于电力电子技术的风力发电机组模拟系统及模拟方法 | |
CN104242762A (zh) | 一种双馈风力发电机频率闭环控制实验装置及控制方法 | |
CN102255596A (zh) | 一种离网型双馈风力发电系统及其最大风能捕获方法 | |
CN103939290B (zh) | 一种适用于虚拟惯量优化控制研究的模拟风电机组 | |
CN202854299U (zh) | 一种风力发电模拟实验系统 | |
Li et al. | An improved reduced-order model of an electric pitch drive system for wind turbine control system design and simulation | |
CN100561856C (zh) | 一种变速恒频风力双馈发电机实验模拟系统 | |
KR20100009387A (ko) | 풍력 발전 시스템 시뮬레이터 | |
CN104091501A (zh) | 基于永磁风力发电机的能量转换动模实验台及试验方法 | |
Gu et al. | Design of the Wind Turbine Simulation System Based on Fuzzy Control | |
Choy et al. | Real-time hardware simulator for grid-tied PMSG wind power system | |
CN203570507U (zh) | 大型风力发电机组缩比控制系统 | |
CN101272118A (zh) | 并网型双馈式风力发电机转子位置检测方法 | |
CN103198191A (zh) | 基于pscad的永磁直驱风电机组仿真模型简化结构 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140409 |