CN103970035A - 一种模拟风力机的实验装置 - Google Patents

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向中凡
李科
杜福银
彭韬
黄磊
吴兴江
陈涛
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Abstract

本发明公开了一种模拟风力机的实验装置，包括数字模拟器、计算机、PCI数据采集卡、电机驱动器、电动机、联轴器1、转速转矩传感器、联轴器2、发电机、电流传感器、电压传感器。数字模拟器中的风力机数学模型，根据输入的风速曲线、桨距角、发电机反馈转速计算出风力机转矩，风力机转矩与发电机反馈转矩经数字模拟器中的PID控制器计算得到电机转矩指令。数字模拟器在每个采样周期通过PCI数据采集卡对转速转矩传感器采样获得发电机的反馈转速、转矩，同时将电机转矩指令输送给电机驱动器，调节电动机的输出转矩带动发电机转动。本发明可在不具备风场环境或风力机的实验室，模拟风力机在实际工况下的运行特性。

Description

一种模拟风力机的实验装置
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，涉及一种模拟风力机的实验装置。
背景技术
风力发电机组的控制系统通常较为复杂，一般需在实验室完成前期的研究与探索。然而，实验室一般不具备实际风场环境和风力机，这也就阻碍了风力发电控制技术的发展。且风能通常随着环境和气候而变化，即使在实际风场中采用真实的风力机，也较难全面地研究风力发电机组的工作状况。因此，有必要建立一套实验装置模拟风力机在任意风场环境中的实际工况，以便在实验室对风力发电机组控制技术进行深入研究。
发明内容
本发明针对现有风力机模拟装置中控制系统设计繁琐，不便于模拟风力机在实际工况下的运行特性的问题，提供一种模拟风力机的实验装置。
本发明的技术方案：一种模拟风力机的实验装置，其特征在于包括数字模拟器、计算机、PCI数据采集卡、电机驱动器、电动机、联轴器1、转速转矩传感器、联轴器2、发电机、电流传感器、电压传感器；运行于计算机中的数字模拟器包含风力机数学模型与控制系统模型，风力机数学模型根据输入的风速、桨距角、发电机转速计算出风力机转矩，风力机转矩与发电机转矩经PID控制器得到电机转矩指令；PCI数据采集卡的A/D输入与转速转矩传感器、电流传感器、电压传感器相连，D/A输出与电机驱动器相连，数字模拟器通过PCI数据采集卡驱动程序在每个采样周期对转速转矩传感器、电流传感器、电压传感器进行测量，同时将计算出的电机转矩指令输送给电机驱动器，电机驱动器调节电动机的输出转矩经联轴器1、转速转矩传感器、联轴器2带动发电机转动，模拟风力机在实际工况下的运行特性。
附图说明
附图1是本发明模拟风力机的实验装置整体结构图。
附图2是模拟风力机的实验装置的机电传动结构图。
附图3是模拟风力机的实验装置的计算机控制框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，一种模拟风力机的实验装置，包括数字模拟器、计算机、PCI数据采集卡、电机驱动器、电动机、联轴器1、转速转矩传感器、联轴器2、发电机、电流传感器、电压传感器。其中，电动机、联轴器1、转速转矩传感器、联轴器2、发电机构成了风力机模拟装置的机电传动系统；数字模拟器、计算机、PCI数据采集卡、电机驱动器、转速转矩传感器、电流传感器、电压传感器构成了风力机模拟装置的计算机控制系统。
参照图1、图2对模拟风力机的实验装置的机电传动系统进行说明。电动机通过联轴器1与转速转矩传感器相连，转速转矩传感器通过联轴器2与发电机相连，转速转矩传感器用于测量发电机在运行过程中的转速、转矩的反馈值，电机驱动器根据PCI数据采集卡输出的电机转矩指令调节电动机在不同转速下的输出转矩，使电动机的转速—转矩特性与风力机的转速—转矩特性一致。
参照图1、图3对模拟风力机的实验装置计算机控制系统进行说明。安装于计算机的PCI插槽中的PCI数据采集卡具有A/D输入、D/A输出功能，PCI数据采集卡的A/D输入与转速转矩传感器、电流传感器、电压传感器相连，D/A输出与电机驱动器相连；利用计算机中的Matlab/Simulink工具箱或其他高级语言建立风力机的实验装置的数字模拟器，数字模拟器包含了风力机数学模型与控制系统模型，风力机数学模型可设定风力机的叶片长度等参数，且具有风速、桨距角、发电机转速输入接口以及风力机转矩输出接口；根据风速、桨距角、发电机反馈转速由风力机数学模型可计算出风力机转矩，风力机转矩与发电机反馈转矩采用PID控制器可计算出电机转矩指令。其中，风速曲线可通过在数字模拟器中通过程序建模产生，也可在实际风场环境中进行测量值获得；发电机的反馈转速、转矩由数字模拟器则通过PCI数据采集卡的驱动程序在每个采样周期采集转速转矩传感器获得；电动机的指令转矩由数字模拟器通过PCI数据采集卡的驱动程序在每个控制周期输送给电机驱动器；电动机带动发电机产生的电能接入直驱风力发电机组全功率变流器，电流传感器、电压传感器用于测量发电机的输出电流、电压值，计算发电机的产生的实际功率。
以上所述，仅为本发明最佳的实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化、替换或改进，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种模拟风力机的实验装置，其特征在于包括数字模拟器、计算机、PCI数据采集卡、电机驱动器、电动机、联轴器1、转速转矩传感器、联轴器2、发电机、电流传感器、电压传感器；所述的运行于计算机中的数字模拟器包含风力机数学模型与控制系统模型，风力机数学模型根据输入的风速、桨距角、发电机转速计算出风力机转矩，风力机转矩与发电机转矩经PID控制器得到电机转矩指令；所述的PCI数据采集卡的A/D输入与转速转矩传感器、电流传感器、电压传感器相连，D/A输出与电机驱动器相连，数字模拟器通过PCI数据采集卡驱动程序在每个采样周期对转速转矩传感器、电流传感器、电压传感器进行测量，同时将计算出的电机转矩指令输送给电机驱动器，电机驱动器调节电动机的输出转矩经联轴器1、转速转矩传感器、联轴器2带动发电机转动，模拟风力机在实际工况下的运行特性。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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