CN106781922A - 一种双馈异步风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双馈异步风力发电系统，包括相互连接的双馈风力发电机组、并网变流器和监控上位机，所述双馈风力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双馈发电机，所述三相异步变频调速电动机和所述双馈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双馈发电机，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

一种双馈异步风力发电系统

技术领域

本发明属于电力教学装置技术领域，具体涉及一种双馈异步风力发电系统。

背景技术

风力发电以其无污染和可再生性，日益受到世界各国的广泛重视，近年来得到迅速发展。采用双馈电机的变速恒频风力发电系统与传统的恒速恒频风力发电系统相比具有显著的优势，如风能利用系数高，能吸收由风速突变所产生的能量波动以避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力，以及可以改善系统的功率因数等。

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，尤其是对双馈异步风力发电的研究装置。实际的双馈异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双馈异步风力发电。

发明内容

本发明的目的是提供一种双馈异步风力发电系统，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：

一种双馈异步风力发电系统，包括相互连接的双馈风力发电机组、并网变流器和监控上位机，所述双馈风力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双馈发电机，所述三相异步变频调速电动机和所述双馈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双馈发电机，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，所述双馈风力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双馈发电机转子，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，所述联轴器上设有联轴器保护罩，保护固定所述三相异步变频调速电动机和所述双馈发电机的连接。

优选的，所述变流器采用双向变流器，所述双向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双馈发电机，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向变流器。

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：采用双馈风力发电机组，针对双馈风力发电课题实验研究性强；采用双向变流器控制灵活，既可以控制发电机定转子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和无功功率的控制；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是本发明的双馈风力发电机组结构示意图；

图3是双馈风力发电系统主电路拓扑示意图；

图4是本发明的控制模拟试验系统框图；

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.双馈发电机；4.增量式编码器；5.联轴器保护罩；51.联轴器。

具体实施方式

如图1所示，一种双馈异步风力发电系统，包括相互连接的双馈风力发电机组、并网变流器和监控上位机，通过本系统可在室内环境下模拟兆瓦级双馈异步风力发电系统，研究双馈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，双馈风力发电机组包括底座1和安装在底座1上的三相异步变频调速电动机2和双馈发电机3，三相异步变频调速电动机2和双馈发电机3之间设有联轴器51，双馈风力发电机组还包括增量式编码器4，增量式编码器4连接双馈发电机3转子，测量发电机实时转速。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。进一步地，联轴器51上设有联轴器保护罩5，保护固定三相异步变频调速电动机2和双馈发电机3的连接。

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，变流器连接双馈发电机，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。变流器采用双向变流器，双向变流器包括相互连接机侧变流器和网侧变流器，机侧变流器连接双馈发电机，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向变流器。

如图4所示，双馈异步风力发电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双馈风力发电机3,使双馈发电机3模拟工作在不同风速工况下。网侧变流器和机侧变流器均采用TMS320F2812的DSP核心控制板控制。机侧、直流侧和电网侧电压和电流信号采用高精度霍尔电压电流传感器采集，机侧、网侧变流器内部IPM的温度采用温度传感器测量，方便实时监测变流器的温度变化。监控上位机采用一台PC机进行远程监控采用RS485通讯方式分别远程监控变频器、网侧变流器和机侧变流器。

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 (7)

1.一种双馈异步风力发电系统，其特征在于，包括相互连接的双馈风力发电机组、并网变流器和监控上位机，所述双馈风力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双馈发电机，所述三相异步变频调速电动机和所述双馈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双馈发电机，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所述的一种双馈异步风力发电系统，其特征在于，所述双馈风力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双馈发电机转子。

3.根据权利要求1所述的一种双馈异步风力发电系统，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所述的一种双馈异步风力发电系统，其特征在于，所述联轴器上设有联轴器保护罩。

5.根据权利要求1所述的一种双馈异步风力发电系统，其特征在于，所述变流器采用双向变流器，所述双向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双馈发电机，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。

6.根据权利要求5所述的一种双馈异步风力发电系统，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。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种双馈异步风力发电系统，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。