CN201527465U - 一种双馈发电机模拟实验台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种双馈发电机模拟实验台，其特征在于：所述实验台主要包括实验台电控系统、伺服电动机和双馈发电机；所述伺服电动机通过联轴器与双馈发电机连接；所述实验台电控系统包括控制系统、伺服驱动器、变频器和电量采集显示单元；所述伺服驱动器、变频器和电量采集显示单元均与控制系统连接，所述伺服驱动器还与伺服电动机连接，双馈发电机一方面与变频器连接，另一方面通过并网接触器连接至控制系统。其解决了以往的真机实验方法中出现的周期长、难度大、效率低和成本高的问题；该实用新型结构合理，模拟性强，实验数据真实可靠，可以大大节省人力物力，对于风力发电控制系统的设计及研究工作具有很好的效果。
Description
技术领域:
本实用新型涉及一种风力发电机组模拟实验系统，特别涉及采用双馈发电机的风力发电机组模拟实验台。
背景技术:
目前，世界上主要的风力发电技术中，双馈发电机和变速恒频是最前沿的技术，将成为风力发电技术的发展方向。变速恒频风力发电机组控制的核心部分就是双馈发电机的转子励磁控制。在双馈发电模拟实验台上进行双馈发电机转子励磁控制的实验是开发风力发电机组的一个重要的环节。直接在实际的机组上进行实验有许多的缺点，首先是风力发电机组比较复杂，在风机系统中除了发电机外，还有变桨距系统，液压系统，偏航系统，刹车系统，齿轮箱，控制系统等等，而且各个系统之间相互影响，这样的复杂和繁多的系统给双馈发电机的转子励磁控制的实验带来极大的不便，大大增加了实验的周期和难度；其次，主流风力发电机组的高度都是在几十米以上，机舱空间比较狭小，实验过程中难免出现问题和危险，实验人员就会往返于风机和地面之间进行检查，实验效率大大降低；再有，风是随机的，在实验中控制不了风的变化，会出现突发事件，给实验带来难度；同时，还有实验的成本问题，实际机组的造价在几百万元以上。
进行双馈发电机的实验时，大多采用直流电动机或交流异步电动机作为拖动电机进行实验，但是这样不能充分模拟实际风轮的状态，与风轮的特性不是很吻合，不能真实的反应机组实际的运行工况，从而影响实验的效果。
发明内容：
发明目的：本实用新型主要针对双馈发电机组现场实验困难，提供一种双馈发电机模拟实验台，其目的是解决以往的真机实验方法中出现的周期长、难度大、效率低和成本高的问题；本实用新型采用伺服系统模拟风轮，通过设计的控制算法使伺服系统完全模拟实际风轮的运行，进行实验的效果与实际机组的基本一样。
技术方案：本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种双馈发电机模拟实验台，其特征在于：所述实验台主要包括实验台电控系统、伺服电动机和双馈发电机；所述伺服电动机通过联轴器与双馈发电机连接；所述实验台电控系统包括控制系统、伺服驱动器、变频器和电量采集显示单元；所述伺服驱动器、变频器和电量采集显示单元均与控制系统连接，所述伺服驱动器还与伺服电动机连接，双馈发电机一方面与变频器连接，另一方面通过并网接触器连接至控制系统。
所述伺服驱动器分别与伺服电动机上的编码器和伺服电动机内的电源输入部分连接；并网接触器连接至双馈发电机内的电机定子；变频器分别与双馈发电机上的编码器和双馈发电机内的电机转子连接。
所述控制系统包括主控制器、保护回路、电源回路、人机界面和速度检测单元；所述并网接触器的输入端连接至控制系统中的保护回路和电源电路，所述保护回路和电源回路在使用的时候接入实验室电网；所述变频器内的输入侧变流器连接至控制系统中的电源回路。
所述电量采集显示单元主要包括电流传感器、电压传感器和显示单元，其中电流传感器安装在双馈发电机的电机定子侧，电压传感器同时安装在双馈发电机的电机定子侧和实验室电网侧。
优点及效果：本实用新型提供一种双馈发电机模拟实验台，能真实的反映出双馈发电机的性能。所述实验台主要包括实验台电控系统、伺服电动机和双馈发电机；所述伺服电动机通过联轴器与双馈发电机连接；所述实验台电控系统包括控制系统、伺服驱动器、变频器和电量采集显示单元；所述伺服驱动器、变频器和电量采集显示单元均与控制系统连接，所述伺服驱动器还与伺服电动机连接，双馈发电机一方面与变频器连接，另一方面通过并网接触器连接至控制系统。
所述双馈发电机的定子与模拟并网接触器一端相连，接触器的另一端通过控制系统内的电源回路和保护回路与实验室的模拟电网相连，双馈发电机的转子与变频器的输出侧相连，变频器的输入侧通过控制系统内的电源回路与电网连接，双馈发电机的转速信号直接给到变频器，电量采集显示单元连接每个需要采集的信号源。实验台控制系统协调和控制整个实验台的动作，保护，电源等部分。
本实用新型的工作过程如下：
1)系统上电后执行自检程序，检查整个实验台状态是否正常，如遇问题或故障则报警提示。
2)实验台正常上电后，通过人机界面，设置伺服系统的运行模式，运行模式可以是速度控制或转矩控制。
3)在步骤“2)”中，设置的运行模式后，通过人机界面，输入转速或转矩指令，启动连接转子变频器，调整转子励磁电流等有关参数，观察转速信号是否正常。
4)通过人机界面和电量采集显示单元，观察双馈发电机定子侧电压等信号。
5)等待条件满足，可以闭合模拟并网接触器，观察双馈发电机带负载情况和有关信号的变化。
6)调整转速或转矩，观察双馈发电机侧的信号的变化和趋势。
本实用新型根据实际风机的空气动力学特性，在不具备实际风场环境下的实验室也可以利用伺服电动机模拟出风机的实际工况，给双馈发电机组的实验带来极大的方便；同时，该实用新型可以随意设置不同的转速和转矩，以达到不同工作特性的需要；并且伺服电动机、伺服驱动器以及励磁变频器可以独立调节和运行，给实验人员提供很大的方便。本实用新型根据不同的风机模型进行参数的修改，可以模拟不同的双馈发电机组的运行。
该实用新型结构合理，模拟性强，实验数据真实可靠，可以大大节省人力物力，对于风力发电控制系统的设计及研究工作具有很好的效果。
附图说明：
图1为本实用新型的整体结构示意图。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
如图1所示，本实用新型提供一种双馈发电机模拟实验台，所述实验台主要包括实验台电控系统13、伺服电动机7和双馈发电机8；所述伺服电动机7通过联轴器10与双馈发电机8连接；即：伺服电动机7通过联轴器10与双馈发电机8的输入轴相连，使得伺服电动机7与双馈发电机8同步旋转。
所述实验台电控系统13包括控制系统1、伺服驱动器3、变频器4和电量采集显示单元2；所述伺服驱动器3、变频器4和电量采集显示单元2均与控制系统1连接，所述伺服驱动器3还与伺服电动机7连接，双馈发电机8一方面与变频器4连接，另一方面通过并网接触器5连接至控制系统1。控制系统1同以往的实验方法中的结构基本相同，主要包括：主控制器、保护回路、电源回路、人机界面和速度检测单元等，所述保护回路和电源回路在使用的时候接入电网；而变频器4也为公知的输入侧变流器、直流桥、输出侧变流器和DSP控制回路等；电量采集显示单元2把各个检测点的电量信号采集回来并且显示在系统中。
所述伺服驱动器3分别与伺服电动机7上的编码器12和伺服电动机7内的电源输入部分14连接；也就是说伺服驱动器3的输入端连接至控制系统1的电源回路，伺服驱动器3的输出端连接至伺服电动机7内的电源输入部分14，而伺服电动机7的编码器12把转速信号反馈给伺服驱动器3；
所述双馈发电机8内的电机定子9连接至并网接触器5，所述并网接触器5的输入端连接至控制系统1中的保护回路和电源电路；也就是说双馈发电机8内的电机定子9通过控制系统1中的保护回路和电源电路连接至实验室电网15；双馈发电机8内的电机转子6连接至变频器4的输出端，而变频器4通过输入侧变流器连接至控制系统1中的保护回路和电源电路，也就是与实验室电网15连接；所述双馈发电机8还通过编码器11与变频器4连接，也就是说双馈发电机8上的编码器11把转子位置和速度信号反馈给变频器3。
本实用新型的工作原理是：整个实验台正常启动后，控制系统1把控制模式指令发送给伺服驱动器3，伺服驱动器3控制伺服电动机7来模拟风轮转动；根据控制模式不同，伺服驱动器3得到的命令值也不同。可以有三种控制模式：手动设置转矩，手动设置转速，自动跟踪风速曲线。当手动设置转矩时，伺服驱动器3按照给定转矩来控制伺服电动机7，并且把输出转矩传导到双馈发电机8的输入轴；当手动设置转速时，伺服驱动器3按照给定转速来控制伺服电动机8，并且双馈发电机8也按照伺服电动机7的转速运行；当设置成自动跟踪风速曲线时，伺服驱动器3按照事先设定的风速曲线来运行，完全不用手动设置转速或转矩。然后启动变频器4，通过人机界面，调整变频器4的转子励磁电流，在变频器4内部的控制单元中应用的是矢量控制算法，同时需要通过设置在双馈发电机8上的编码器11检测双馈发电机8的电机转子6的位置和转速信号。在前面调整过程中，通过电量采集显示单元2观察双馈发电机8的电机定子9电压的大小，频率，相位，如果符合并网要求，控制系统1命令并网接触器5闭合，完成并网过程。最后，再次调整伺服电动机7的转速或转矩，包括变频器4的励磁电流，观察有关电量的变化。电量采集显示单元2主要包括电流传感器、电压传感器和显示单元等，其中电流传感器安装在双馈发电机8的电机定子9侧，电压传感器安装在双馈发电机8的电机定子9侧和实验室的电网15侧，这样就可以检测双馈发电机8的电机定子9的电流和电压，实验室电网电压等。双馈发电机8的电机转子6的电压和电流是通过变频器4检测和计算得到的。
该实用新型结构合理，模拟性强，实验数据真实可靠，可以大大节省人力物力，对于风力发电控制系统的设计及研究工作具有很好的效果。
Claims (4)
1.一种双馈发电机模拟实验台，其特征在于：所述实验台主要包括实验台电控系统(13)、伺服电动机(7)和双馈发电机(8)；所述伺服电动机(7)通过联轴器(10)与双馈发电机(8)连接；所述实验台电控系统(13)包括控制系统(1)、伺服驱动器(3)、变频器(4)和电量采集显示单元(2)；所述伺服驱动器(3)、变频器(4)和电量采集显示单元(2)均与控制系统(1)连接，所述伺服驱动器(3)还与伺服电动机(7)连接，双馈发电机(8)一方面与变频器连接，另一方面通过并网接触器(5)连接至控制系统(1)。
2.根据权利要求1所述的一种双馈发电机模拟实验台，其特征在于：所述伺服驱动器(3)分别与伺服电动机(7)上的编码器(12)和伺服电动机(7)内的电源输入部分(14)连接；并网接触器(5)连接至双馈发电机(8)内的电机定子(9)；变频器(4)分别与双馈发电机(8)上的编码器(11)和双馈发电机(8)内的电机转子(6)连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种双馈发电机模拟实验台，其特征在于：所述控制系统(1)包括主控制器、保护回路、电源回路、人机界面和速度检测单元；所述并网接触器(5)的输入端连接至控制系统(1)中的保护回路和电源电路，所述保护回路和电源回路在使用的时候接入实验室电网(15)；所述变频器(4)内的输入侧变流器连接至控制系统(1)中的电源回路。
4.根据权利要求3所述的一种双馈发电机模拟实验台，其特征在于：所述电量采集显示单元(2)主要包括电流传感器、电压传感器和显示单元，其中电流传感器安装在双馈发电机(8)的电机定子(9)侧，电压传感器同时安装在双馈发电机(8)的电机定子(9)侧和实验室电网(15)侧。
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