CN106683547A - 一种永磁同步风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种永磁同步风力发电系统，包括相互连接的永磁发电机组、并网变流器和监控上机位，所述永磁发电机组包括底座和安装在所述底座上的三相异步变频调速电动机和永磁同步发电机，所述三相异步变频调速电动机和所述永磁同步发电机之间设有联轴器，所述并网变流器包括机柜和设在所述机柜内的变频器、变流器、传感器和处理器，所述变频器和所述三相异步变频调速电动机连接，所述变流器连接所述永磁同步发电机，所述传感器分别与所述变流器和所述处理器相连，所述处理器连接所述监控上机位。本发明针对性强、功能完善、演示实验众多，便于现场实训教学研究。

Description

一种永磁同步风力发电系统

技术领域

本发明属于电力教学设备技术领域，具体涉及一种永磁同步风力发电系统。

背景技术

目前风力发电的成本已接近于火力发电的成本，且对环境几乎没有污染，是一种清洁的绿色能源，因此风力发电越来越受到广泛重视。变速恒频风力发电技术能够实现最大功率追踪，提高系统的效率，成为目前风力发电的主流。双馈风力发电系统和直驱式永磁同步风力发电系统是两种典型的变速恒频风力发电系统。后者因其省去了齿轮箱，采用全功率的变换器，具有效率高、对电网异常的适应力强等特点，逐渐成为研究热点。

然而在实验教学领域中，针对风力发电的教学实训装置并不多见，尤其是对永磁同步风力发电的研究装置。实际的永磁同步风力发电系统结构复杂庞大，无法使学生进行实际操作，达不到实训研究的目的。

专利模拟风力发电教学装置(公开号：CN102663940A)公开了一种包括塔柱、与塔柱相连的摇臂杆、与摇臂杆相连且与塔柱平行的支撑柱，固定于支撑柱下端的导轨电机设备，以及供导轨电机设备运动的导轨，所述导轨电机设备内部设有导轨电机，所述导轨电机轴通过皮带传动与滚轴的一端连接，代替两轴之间采用的齿轮传动，滚轴的另一端位于导轨上运动，且所述滚轴与导轨接触的外部设有橡胶来与导轨软连接，可有效减少机器运行时的噪音，适合教学。但是该装置对风力发电方向的针对性不强，实验演示单一，无法系统地学习研究永磁同步风力发电。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁同步风力发电系统，针对性强、功能完善、演示实验众多，便于现场实训教学研究。

本发明提供了如下的技术方案：

一种永磁同步风力发电系统，包括相互连接的永磁发电机组、并网变流器和监控上机位，所述永磁发电机组包括底座和安装在所述底座上的三相异步变频调速电动机和永磁同步发电机，所述三相异步变频调速电动机和所述永磁同步发电机之间设有联轴器，所述并网变流器包括机柜和设在所述机柜内的变频器、变流器、传感器和处理器，所述变频器和所述三相异步变频调速电动机连接，所述变流器连接所述永磁同步发电机，所述传感器分别与所述变流器和所述处理器相连，所述处理器连接所述监控上机位。

优选的，所述永磁发电机组还包括增量式编码器，所述增量式编码器连接所述永磁同步发电机转子，测量发电机实时转速。

优选的，所述三相异步变频调速电动机上设有定子转子接线盒，所述传感器通过所述定子转子接线盒连接所述三相异步变频调速电动机的定子转子，测量电动机的电压和电流。

优选的，所述变流器采用双PWM变流器，所述双PWM变流器包括相互连接机侧变流器和网侧变流器，所述机侧变流器连接所述永磁同步发电机，所述网侧变流器连接电网系统的变压器，所述机侧变流器和所述网侧变流器分别连接所述处理器。

优选的，所述处理器采用32位定点数字信号处理器，所述32位定点数字信号处理器与所述双向变流器之间设有驱动电路，所述处理器通过所述驱动电路控制驱动所述双PWM变流器。

优选的，所述传感器包括电压传感器、电流传感器和温度传感器，所述电压传感器、所述电流传感器和所述温度传感器分别连接所述双向变流器和所述处理器，采集机侧、直流侧和电网侧电压和电流信号，采用温度传感器测量机侧、网侧变流器的温度，方便实时监测变流器的温度。

本发明的有益效果是：采用永磁风力发电机组，针对永磁同步风力发电课题实验研究性强；采用双PWM变流器，控制灵活，既可以控制发电机电流也可以控制电网电流，可以灵活地选择直流母线电压、控制风能最大跟踪以及有功功率无功功率的控制；通过监控上机位可以方便的通过控制变频器实现三相异步变频调速电动机的转速调节模拟风机出力，达到实验效果，便于教学实训操作。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明系统结构示意图；

图2是本发明的永磁同步风力发电机组结构示意图；

图3是永磁同步风力发电系统主电路拓扑示意图；

图4是永磁同步发电机电压功率曲线；

图中标记为：1.底座；2.三相异步变频调速电动机；21.定子转子接线盒；3.永磁同步发电机；4.增量式编码器；5.联轴器。

具体实施方式

如图1所示，一种永磁同步风力发电系统，包括相互连接的永磁发电机组、并网变流器和监控上机位，通过本系统可在室内环境下模拟兆瓦级永磁同步风力发电系统，研究永磁风力发电的风速曲线变化、发电机并网与脱网功能、风力机模拟、功率调节和MPPT最大功率点跟踪功能等。

如图2所示，永磁发电机组包括底座1和安装在底座1上的三相异步变频调速电动机2和永磁同步发电机3，三相异步变频调速电动机2和永磁同步发电机3之间设有联轴器5，永磁发电机组还包括增量式编码器4，增量式编码器4连接永磁同步发电机3转子，测量发电机实时转速。进一步地，三相异步变频调速电动机2上设有定子转子接线盒21，传感器通过定子转子接线盒21连接三相异步变频调速电动机2的定子转子，测量电动机的电压和电流。

如图3所示，并网变流器包括变频器、变流器、传感器和处理器，变频器和三相异步变频调速电动机连接，变流器连接永磁同步发电机，传感器分别与变流器和处理器相连，处理器连接监控上机位。变流器采用双PWM变流器，双PWM变流器包括相互连接机侧变流器和网侧变流器，机侧变流器连接永磁同步发电机3，网侧变流器连接电网系统的变压器，机侧变流器和网侧变流器分别连接处理器。处理器采用32位定点数字信号处理器，32位定点数字信号处理器与双向变流器之间设有驱动电路，处理器通过驱动电路控制驱动双PWM变流器。传感器包括电压传感器、电流传感器和温度传感器，电压传感器、电流传感器和温度传感器分别连接双向变流器和处理器，采集机侧、直流侧和电网侧电压和电流信号，采用温度传感器测量机侧、网侧变流器的温度，方便实时监测变流器的温度。

如图4所示，永磁同步风力发电模拟试验系统采用变频器控制调节三相变频异步调速电机2模拟风力机，通过监控上机位控制变频器输出频率来调节电动机的转速，模拟不同风速来驱动永磁同步风力发电机3,使永磁同步风力发电机3模拟工作在不同风速工况下。整个系统谐波很少，既可以实现定子电流的正弦化(减小了发电机的功率波动，并且也只有这样才能够应用发电机定子电流来分析发电机故障)也可以实现网侧电流的正弦化。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种永磁同步风力发电系统，其特征在于，包括相互连接的永磁发电机组、并网变流器和监控上机位，所述永磁发电机组包括底座和安装在所述底座上的三相异步变频调速电动机和永磁同步发电机，所述三相异步变频调速电动机和所述永磁同步发电机之间设有联轴器，所述并网变流器包括机柜和设在所述机柜内的变频器、变流器、传感器和处理器，所述变频器和所述三相异步变频调速电动机连接，所述变流器连接所述永磁同步发电机，所述传感器分别与所述变流器和所述处理器相连，所述处理器连接所述监控上机位。

2.根据权利要求1所述的一种永磁同步风力发电系统，其特征在于，所述永磁发电机组还包括增量式编码器，所述增量式编码器连接所述永磁同步发电机转子。

3.根据权利要求1所述的一种永磁同步风力发电系统，其特征在于，所述三相异步变频调速电动机上设有定子转子接线盒，所述传感器通过所述定子转子接线盒连接所述三相异步变频调速电动机的定子转子。

4.根据权利要求1所述的一种永磁同步风力发电系统，其特征在于，所述变流器采用双PWM变流器，所述双PWM变流器包括相互连接机侧变流器和网侧变流器，所述机侧变流器连接所述永磁同步发电机，所述网侧变流器连接电网系统的变压器，所述机侧变流器和所述网侧变流器分别连接所述处理器。

5.根据权利要求4所述的一种永磁同步风力发电系统，其特征在于，所述处理器采用32位定点数字信号处理器，所述32位定点数字信号处理器与所述双向变流器之间设有驱动电路，所述处理器通过所述驱动电路控制驱动所述双PWM变流器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种永磁同步风力发电系统，其特征在于，所述传感器包括电压传感器、电流传感器和温度传感器，所述电压传感器、所述电流传感器和所述温度传感器分别连接所述双向变流器和所述处理器。