CN105552953A - 一种全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统，包括：双馈感应发电机、双电平PWM变流器、编码器、实时控制器、监控系统以及并网断路器，其中，实时控制器的一端与双电平PWM变流器电相连，另一端通过以太网与监控系统电相连；编码器的一端与双馈感应发电机电相连，另一端与实时控制器电相连；并网断路器与双馈感应发电机电连接。本实验系统提供的监控系统与实时控制器通过以太网实时交互，使得实验人员在双馈风力发电实验的过程中，即可通过监控系统实时可视化地监控双馈发电机的电信号及物理信号，及时更正实验流程以及数据，为研究双馈风力发电机的并网，最大功率跟踪及低压穿越性能等实验提供一个可视、实时和全开放环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力实验系统，尤其涉及一种全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统。
背景技术
近年来，变速恒频双馈风力发电机组因其变频器容量小，能量可双向流动等特点逐步成为大型风电场的主要机型。但是由于客观气象条件的复杂性，以及实际风力发电系统体积大、结构复杂等因素使得在实验室对其研究变得很困难。因此，在实验室建立一套有效的风力发电实验平台，并在该平台上进行控制策略研究，具有重要的现实意义。
目前常见的风力发电实验系统通常有两类：一种是利用软件来搭建实验平台(比如EMTP-RV软件,WTS软件)，这种系统通常没有硬件接入，仅仅停留在仿真阶段，因此，可靠性较低。另一种是利用DSP(数字信号处理器)和PLC(可编程逻辑控制器)作为核心控制器，以直流电动机模拟风力机搭建的使用平台。该实验平台虽然接入硬件，但是采用DSP实现控制算法，编程繁琐，且监测系统结构复杂，性能较差，不易实时监控。除此之外，一些实验平台也利用LabVIEW软件搭建，实现了监控系统可视化等性能，但是其底层代码不开放，并且控制算法仍由DSP实现，实时性相对较差，导致实验人员必须在完成整个实验后，才可以获得相关实验结果，并根据实验结果做出相应的改进或者调整，实验效率较低，造成人力物力的浪费。
发明内容
本发明提供一种全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统，以解决现有技术实时性较差的问题。
本发明提供一种全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统，所述全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统包括：双馈感应发电机、双电平脉冲宽度调制型变流器、编码器、实时控制器、监控系统以及并网断路器，其中，所述实时控制器的一端与所述双电平脉冲宽度调制型变流器电相连，所述实时控制器的另一端通过以太网与所述监控系统电相连；所述编码器的一端与所述双馈感应发电机电相连，所述编码器的另一端与所述实时控制器电相连；所述并网断路器与所述双馈感应发电机电连接。
优选的，所述双电平脉冲宽度调制型变流器包括转子侧双电平脉冲宽度调制型变流器和网侧双电平脉冲宽度调制型变流器，所述转子侧双电平脉冲宽度调制型变流器的一端电连接所述双馈感应发电机，所述转子侧双电平脉冲宽度调制型变流器的另一端电连接所述网侧双电平脉冲宽度调制型变流器。
优选的，所述全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统还包括：变频器和交流异步电动机，所述交流异步电动机的一端电连接所述变频器，所述交流异步电动机的另一端电连接所述双馈感应发电机。
优选的，所述全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统还包括直流电容和与所述直流电容电连接的电容充电器，所述直流电容的一端电连接所述双电平脉冲宽度调制型变流器，所述直流电容的另一端电连接实时控制器。
优选的，所述全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统还包括无源滤波器，所述无源滤波器与所述网侧双电平脉冲宽度调制型变流器电连接。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明提供一种全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统，所述全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统包括：双馈感应发电机、双电平脉冲宽度调制型变流器、编码器、实时控制器、监控系统以及并网断路器，其中，所述实时控制器的一端与所述双电平脉冲宽度调制型变流器电相连，所述实时控制器的另一端通过以太网与所述监控系统电相连；所述编码器的一端与所述双馈感应发电机电相连，所述编码器的另一端与所述实时控制器电相连；所述并网断路器与所述双馈感应发电机电连接。本发明提供一种全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统，本实验系统中增加实时控制器以及监控系统，监控系统与实时控制器通过以太网实时交互，二者相互配合，完成对整个实验系统的控制和调节，使得实验人员在双馈风力发电实验的过程中，即可通过监控系统实时可视化地监控双馈发电机的电信号及物理信号，及时更正实验流程以及数据，为研究双馈风力发电机的并网，最大功率跟踪及低压穿越性能等实验提供一个可视、实时和全开放环境。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的一种全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
请参看图1，所示为本发明实施例中提供的一种全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统的结构示意图。
由图1可知，本发明提供一种全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统，所述全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统包括：双馈感应发电机、双电平脉冲宽度调制型变流器、编码器、实时控制器、监控系统以及并网断路器，其中，所述实时控制器的一端与所述双电平脉冲宽度调制型变流器电相连，所述实时控制器的另一端通过以太网与所述监控系统电相连；所述编码器的一端与所述双馈感应发电机电相连，所述编码器的另一端与所述实时控制器电相连；所述并网断路器与所述双馈感应发电机电连接。
本实施例提供的双馈感应发电机用于发出电信号；
双电平脉冲宽度调制型变流器(双电平PWM变流器)与所述双馈感应发电机电连接，用于控制双馈感应发电机发出的电信号；
编码器与双馈感应发电机电连接，用于采集双馈发电机的转速；
并网断路器，用于当满足并网条件时，对双馈发电机进行并网操作，双电平PWM变流器在并网前，控制双馈发电机中定子的输出电压，使其达到并网条件，即使其与电网电压同幅值，同频率，同相位；在并网后，控制转子电流的有功、无功参数，以控制双馈发电机的有功及无功功率，以进行最大功率跟踪；
实时控制器的一端与编码器电连接，另一端与双电平PWM变流器电连接，实时控制器用于接收对编码器采集的的双馈发电机的转速，并根据所述转速对双电平PWM变流器进行控制；
监控系统与实时控制器电连接，并实时交互，监控对双馈风力发电机进行研究时的各个电信号以及物理信号。本实施例中的监控系统安装于PC上位机上，包括对网侧，转子侧，定子侧电压及电流波形的监控以及操作过程数据的记录，从而实现信号可视化。
本发明提供的全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统的工作流程为：编码器采集双馈发电机的转速并传输至实时控制器，实时控制器根据所述转速控制双电平PWM变流器调节系统电流，并将接收到的电信号和物理信号传输至监控系统，监控系统接收所述电信号和物理信号后，实时显示和监控，当需要对实验数据或者流程活出调整时，监控系统发送调整指令，控制实时控制器进行相应调整。
本实验系统中增加实时控制器以及监控系统，监控系统与实时控制器通过以太网实时交互，二者相互配合，完成对整个实验系统的控制和调节，使得实验人员在双馈风力发电实验的过程中，即可观察或更正实验流程以及数据，为研究双馈风力发电机的并网，最大功率跟踪及低压穿越性能等实验提供一个可视、实时和全开放环境。
进一步，所述双电平脉冲宽度调制型变流器包括转子侧双电平脉冲宽度调制型变流器和网侧双电平脉冲宽度调制型变流器，所述转子侧双电平脉冲宽度调制型变流器的一端电连接所述双馈感应发电机，所述转子侧双电平脉冲宽度调制型变流器的另一端电连接所述网侧双电平脉冲宽度调制型变流器。
本实施例中的转子侧双电平脉冲宽度调制型变流器(转子侧双电平PWM变流器)，用于控制双馈感应发电机转子的电信号；网侧双电平脉冲宽度调制型变流器(转子侧双电平PWM变流器)，用于对电网侧电信号进行控制。本实施例中的转子侧双电平PWM变流器和转子侧双电平PWM变流器均与实时控制器电连接，接收实时控制器发送的控制信号，并根据所述控制信号做出调整。
进一步，所述全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统还包括：变频器和交流异步电动机，所述交流异步电动机的一端电连接所述变频器，所述交流异步电动机的另一端电连接所述双馈感应发电机。
本实施例中，变频器，用于控制交流异步电动机，以模拟风力机特性；交流异步电动机，用于对拖双馈感应发电机，从而实现对双馈风力发电实验模拟。
进一步，所述全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统还包括直流电容和并联于所述直流电容两端的电容充电器，所述直流电容的一端电连接所述双电平脉冲宽度调制型变流器，所述直流电容的另一端电连接实时控制器。
本实施例中，直流电容，用于提供稳定的直流电压，以实现变流器的解耦控制；电容充电器，用于对直流电容进行充电。
更进一步的，所述全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统还包括无源滤波器，所述无源滤波器与所述网侧双电平脉冲宽度调制型变流器电连接。
本实施例中，无源滤波器(LC滤波器)用于过滤变流器输出电信号的谐波。
本实施例还包含实验操作的软布尔按钮，可以仅通过对监控界面的操作即可完成整个操作过程。
本发明与目前常见的风力发电实验平台相比，具有可靠性强，底层代码开放，控制器实时性较强，可视化及实时监控双馈风力发电系统等优点。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统，其特征在于，所述全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统包括：双馈感应发电机、双电平脉冲宽度调制型变流器、编码器、实时控制器、监控系统以及并网断路器，其中，
所述实时控制器的一端与所述双电平脉冲宽度调制型变流器电相连，所述实时控制器的另一端通过以太网与所述监控系统电相连；
所述编码器的一端与所述双馈感应发电机电相连，所述编码器的另一端与所述实时控制器电相连；
所述并网断路器与所述双馈感应发电机电连接。
2.根据权利要求1所述的全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统，其特征在于，所述双电平脉冲宽度调制型变流器包括转子侧双电平脉冲宽度调制型变流器和网侧双电平脉冲宽度调制型变流器，所述转子侧双电平脉冲宽度调制型变流器的一端电连接所述双馈感应发电机，所述转子侧双电平脉冲宽度调制型变流器的另一端电连接所述网侧双电平脉冲宽度调制型变流器。
3.根据权利要求1所述的全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统，其特征在于，所述全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统还包括：变频器和交流异步电动机，所述交流异步电动机的一端电连接所述变频器，所述交流异步电动机的另一端电连接所述双馈感应发电机。
4.根据权利要求1所述的全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统，其特征在于，所述全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统还包括直流电容和与所述直流电容电连接的电容充电器，所述直流电容的一端电连接所述双电平脉冲宽度调制型变流器，所述直流电容的另一端电连接实时控制器。
5.根据权利要求2所述的全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统，其特征在于，所述全开放可实时监控式双馈风力发电实验系统还包括无源滤波器，所述无源滤波器与所述网侧双电平脉冲宽度调制型变流器电连接。
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