CN105134506B - 一种双馈式风力发电机组变频控制器的性能测试仿真平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双馈式风力发电机组变频控制器的性能测试仿真平台，包括RTDS实时数字仿真器、多个电压信号功率放大器、多个电流信号功率放大器和多个光电隔离装置，其中，RTDS实时数字仿真器设有模拟量输出接口板和数字量输入接口板。本发明用RTDS实时数字仿真器建立含有双馈式风力发电机组的电网数字仿真模型，通过多个的压信号功率放大器、电流信号功率放大器和光电隔离装置将RTDS实时数字仿真器与受测试双馈式风力发电机组变频控制器实物进行信号连接，形成数字‑物理动态实时闭环的半实物风力发电系统，使受测试双馈式风力发电机组变频控制器实物能用RTDS实时数字仿真器的电网数字仿真模型进行入网性能测试，具有测试结果精确、高效的优点。

Description

一种双馈式风力发电机组变频控制器的性能测试仿真平台
技术领域
本发明涉及一种双馈式风力发电机组变频控制器的性能测试仿真平台，属于新能源装备性能测试技术领域。
背景技术
双馈式风力发电机组是目前世界上绝大多数在运或在建风电场的主流机型，而变频控制器又是双馈式风力发电机组的核心部件，其性能直接决定了风电场的设备安全和运行效率。变频控制器的作用主要体现于两个方面：一是实现双馈式风力发电机组机械能转换电能的变速恒频控制；二是电网低电压故障时实现风力发电机组的穿越能力达到标准。变频控制器性能测试的传统方法为纯物理(实物)模型试验，但物理试验人力物力成本高、周期长、效率低且物理模型对系统整体等效性差，因此至今尚无法有针对性地开展变频控制器入网检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种双馈式风力发电机组变频控制器的性能测试仿真平台。
解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种双馈式风力发电机组变频控制器的性能测试仿真平台，其特征在于：
所述的性能测试仿真平台包括RTDS实时数字仿真器、多个电压信号功率放大器、多个电流信号功率放大器和多个光电隔离装置，其中，所述RTDS实时数字仿真器设有模拟量输出接口板和数字量输入接口板；所述RTDS实时数字仿真器按真实参数建立有含双馈式风力发电机组的电网数字仿真模型，该电网数字仿真模型包括风力机及其风能-机械能转换控制模型、感应式异步发电机模型、双PWM变流器励磁电路模型和交流电网等效模型；
所述RTDS实时数字仿真器通过所述模拟量输出接口板将所述双PWM变流器励磁电路模型中的变流器定子侧交流电压信号和变流器转子侧交流电压信号分别转换成模拟量输出，并且，输出的两组电压信号模拟量中的每一路模拟量均通过一个所述电压信号功率放大器输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子；
所述RTDS实时数字仿真器通过所述模拟量输出接口板将所述双PWM变流器励磁电路模型中的变流器定子侧交流电流信号转换成模拟量输出，并且，输出的电流信号模拟量中的每一路模拟量均通过一个所述电流信号功率放大器输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子；
所述RTDS实时数字仿真器通过所述模拟量输出接口板将所述双PWM变流器励磁电路模型中的变流器IGBT电流、直流母线电压和转子位置角分别转换成模拟量输出，并且，由该三者转换输出的模拟量中的每一路模拟量均通过一个所述光电隔离装置输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子；
所述RTDS实时数字仿真器通过所述模拟量输出接口板将所述交流电网等效模型中的断路器和接触器状态信号分别转换成模拟量输出，并且，输出的状态信号模拟量中的每一路模拟量均通过一个所述光电隔离装置输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子；
所述数字量输入接口板通过两个所述光电隔离装置分别接收受测试双馈式风力发电机组变频控制器输出的变流器IGBT点火脉冲信号和断路器/接触器控制信号，并且，所述数字量输入接口板将接收到的变流器IGBT点火脉冲信号转换成数字量输出给所述RTDS实时数字仿真器的双PWM变流器励磁电路模型，所述数字量输入接口板将接收到的断路器/接触器控制信号转换成数字量输出给所述RTDS实时数字仿真器的交流电网等效模型。
作为本发明的一种实施方式，所述风力机的风能-机械能转换控制模型为按最大风能追踪策略设计的风能-机械能转换控制模型，所述RTDS实时数字仿真器通过所述模拟量输出接口板将所述风力机风能-机械能转换控制模型中的最大风能追踪P/Q控制指令转换成模拟量输出，并且，由输出的控制指令模拟量通过一个所述光电隔离装置输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明用RTDS实时数字仿真器建立含有双馈式风力发电机组的电网数字仿真模型(即双馈式风力发电机组和电网的一次主回及风力机控制)，并通过多个电压信号功率放大器、多个电流信号功率放大器和多个光电隔离装置将RTDS实时数字仿真器与受测试双馈式风力发电机组变频控制器实物进行信号连接，形成数字-物理动态实时闭环的半实物风力发电系统，从而，受测试双馈式风力发电机组变频控制器实物能够利用RTDS实时数字仿真器所建立的电网数字仿真模型进行入网性能测试，具有测试结果精确、高效的优点。
第二，本发明的应用范围广，可用于受测试双馈式风力发电机组变频控制器实物各种性能指标的测试，例如双馈式风力发电机组的空载并网控制试验、双馈式风力发电机组的加载试验、变风速最大风能追踪试验(即变速恒频风-功特性试验)、变速恒频恒功率控制试验、有功-无功解耦控制试验、双PWM变流器功效测试、紧急关机试验、电网不同程度低电压故障穿越试验等。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明的性能测试仿真平台的电路原理框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的双馈式风力发电机组变频控制器的性能测试仿真平台，包括RTDS实时数字仿真器、多个电压信号功率放大器、多个电流信号功率放大器和多个光电隔离装置，其中，RTDS实时数字仿真器设有模拟量输出接口板和数字量输入接口板；RTDS实时数字仿真器按真实参数建立有含双馈式风力发电机组的电网数字仿真模型，该电网数字仿真模型包括风力机及其风能-机械能转换控制模型、感应式异步发电机模型、双PWM变流器励磁电路模型和交流电网等效模型；其中，风力机的风能-机械能转换控制模型按最大风能追踪策略设计，电网低电压故障保护元件为变流器直流母线及变流器转子侧装设的Crowbar电路。
上述RTDS实时数字仿真器与受测试双馈式风力发电机组变频控制器实物按以下方式进行连接：
RTDS实时数字仿真器通过模拟量输出接口板将双PWM变流器励磁电路模型中的变流器定子侧交流电压信号和变流器转子侧交流电压信号分别转换成模拟量输出，并且，输出的两组电压信号模拟量中的每一路模拟量均通过一个电压信号功率放大器输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子。
RTDS实时数字仿真器通过模拟量输出接口板将双PWM变流器励磁电路模型中的变流器定子侧交流电流信号转换成模拟量输出，并且，输出的电流信号模拟量中的每一路模拟量均通过一个电流信号功率放大器输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子。
RTDS实时数字仿真器通过模拟量输出接口板将双PWM变流器励磁电路模型中的变流器IGBT电流、直流母线电压和转子位置角分别转换成模拟量输出，并且，由该三者转换输出的模拟量中的每一路模拟量均通过一个光电隔离装置输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子。
RTDS实时数字仿真器通过模拟量输出接口板将风力机风能-机械能转换控制模型中的最大风能追踪P/Q控制指令转换成模拟量输出，并且，由输出的控制指令模拟量通过一个光电隔离装置输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子。
RTDS实时数字仿真器通过模拟量输出接口板将交流电网等效模型中的断路器和接触器状态信号分别转换成模拟量输出，并且，输出的状态信号模拟量中的每一路模拟量均通过一个光电隔离装置输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子。
数字量输入接口板通过两个光电隔离装置分别接收受测试双馈式风力发电机组变频控制器输出的变流器IGBT点火脉冲信号和断路器/接触器控制信号，并且，数字量输入接口板将接收到的变流器IGBT点火脉冲信号转换成数字量输出给RTDS实时数字仿真器的双PWM变流器励磁电路模型，数字量输入接口板将接收到的断路器/接触器控制信号转换成数字量输出给RTDS实时数字仿真器的交流电网等效模型。
上述性能测试仿真平台中各环节满足时间轴同一性和动态实时性，所有元件模型参数均按实际系统设备参数设置。
从而，本发明的性能测试仿真平台形成了数字-物理动态实时闭环的半实物风力发电系统，使得受测试双馈式风力发电机组变频控制器实物能够利用RTDS实时数字仿真器所建立的电网数字仿真模型进行入网性能测试，包括双馈式风力发电机组的空载并网控制试验、双馈式风力发电机组的加载试验、变风速最大风能追踪试验(即变速恒频风-功特性试验)、变速恒频恒功率控制试验、有功-无功解耦控制试验、双PWM变流器功效测试、紧急关机试验、电网不同程度低电压故障穿越试验等。
本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种双馈式风力发电机组变频控制器的性能测试仿真平台，其特征在于：
所述的性能测试仿真平台包括RTDS实时数字仿真器、多个电压信号功率放大器、多个电流信号功率放大器和多个光电隔离装置，其中，所述RTDS实时数字仿真器设有模拟量输出接口板和数字量输入接口板；所述RTDS实时数字仿真器按真实参数建立有含双馈式风力发电机组的电网数字仿真模型，该电网数字仿真模型包括风力机及其风能-机械能转换控制模型、感应式异步发电机模型、双PWM变流器励磁电路模型和交流电网等效模型；
所述RTDS实时数字仿真器通过所述模拟量输出接口板将所述双PWM变流器励磁电路模型中的变流器定子侧交流电压信号和变流器转子侧交流电压信号分别转换成模拟量输出，并且，输出的两组电压信号模拟量中的每一路模拟量均通过一个所述电压信号功率放大器输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子；
所述RTDS实时数字仿真器通过所述模拟量输出接口板将所述双PWM变流器励磁电路模型中的变流器定子侧交流电流信号转换成模拟量输出，并且，输出的电流信号模拟量中的每一路模拟量均通过一个所述电流信号功率放大器输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子；
所述RTDS实时数字仿真器通过所述模拟量输出接口板将所述双PWM变流器励磁电路模型中的变流器IGBT电流、直流母线电压和转子位置角分别转换成模拟量输出，并且，由该三者转换输出的模拟量中的每一路模拟量均通过一个所述光电隔离装置输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子；
所述RTDS实时数字仿真器通过所述模拟量输出接口板将所述交流电网等效模型中的断路器和接触器状态信号分别转换成模拟量输出，并且，输出的状态信号模拟量中的每一路模拟量均通过一个所述光电隔离装置输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子；
所述数字量输入接口板通过两个所述光电隔离装置分别接收受测试双馈式风力发电机组变频控制器输出的变流器IGBT点火脉冲信号和断路器/接触器控制信号，并且，所述数字量输入接口板将接收到的变流器IGBT点火脉冲信号转换成数字量输出给所述RTDS实时数字仿真器的双PWM变流器励磁电路模型，所述数字量输入接口板将接收到的断路器/接触器控制信号转换成数字量输出给所述RTDS实时数字仿真器的交流电网等效模型。
2.根据权利要求1所述的性能测试仿真平台，其特征在于：所述风力机的风能-机械能转换控制模型为按最大风能追踪策略设计的风能-机械能转换控制模型，所述RTDS实时数字仿真器通过所述模拟量输出接口板将所述风力机风能-机械能转换控制模型中的最大风能追踪P/Q控制指令转换成模拟量输出，并且，由输出的控制指令模拟量通过一个所述光电隔离装置输出到受测试双馈式风力发电机组变频控制器的相应信号输入端子。
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