CN203204922U - 大型风机缩比模型教学实训实验台 - Google Patents

Abstract

本实验台是通过拖动电机来模拟自然风风况而进行风力发电机组仿真实验的设备，包括发电机组件、联轴器与扭矩传感器组件、拖动电机、齿轮箱、液压站、偏航系统、变桨距系统、风速风向系统、机舱控制柜、塔基控制柜、变压器箱、逆变器、变频电机和变频器控制柜组成。本实用新型对发电机发出的电功率和电能质量情况进行实时检测，并且可以处理各种故障。

Description

大型风机缩比模型教学实训实验台

技术领域：

本实用新型属于风力发电的高教仪器设备领域，特指一种双馈风力发电机组仿真模拟设备，应用于双馈风力发电机组仿真模拟试验台及其并网检测方法。 

背景技术：

近年来，在化石能源日益消耗并造成环境严重恶化的今天，风能作为清洁能源已经等到广泛的应用，它越来越被人们重视，其中一种有效的利用发式就是风力发电，风力发电成为各国的研究重点。要进行风力发电控制技术的研究，最理想的方法是进行现场试验。但是受环境、白然因素、天气、设备的体积庞大等条件的影响，不能随时对风力发电系统进行试验，现场条件又较为恶劣，这给现场试验带来很多困难。因此在实验室构造风力发电技术的模拟平台就变得很有必要，通过模拟平台来模拟实际风力机的工作特性，利用风力机的模拟特性进行风力发电技术的相关研究。 

世界上主要的风力发电技术中，双馈风力发电机技术是最优化的技术，双馈风力发电机组已经成为当今风力发电中的主流机型，目前，针对风力发电机试验台主要是针对低电压穿越性能的试验和机组出场前的测试。并未有全面的实验仿真模拟系统用于实验教学。 

以往实验台都是单向的，只能完成一种发电系统的相关实验，而并未对风机的整体模型进行模拟实验。 

实用新型内容：

实用新型目的：本实用新型提供一种大型风机缩比模型教学实训实验台及其并网检测方法，其目的是解决以往的实验台只能完成一种发电系统的相关实验而无法全面的实现仿真模拟实验教学的问题。 

技术方案：本实用新型是通过以下技术方案来实现的： 

一种大型风机缩比模型教学实训实验台，其特征在于：该实验台主要包括叶轮、拖动电机、双馈发电机、双向变流器、系统控制器和并网柜；叶轮设置在轮毂上，轮毂通过主轴与齿轮箱连接，齿轮箱通过同步带轮与拖动电机连接，拖动电机一方面连接双馈发电机，另一方面通过风况模拟驱动系统连接至变压器，变压器连接至并网柜；双馈发电机一方面通过定子并网开关及定子空开连接至变压器，另一方面连接至双向变流器，双向变流器连接至变压器；系统控制器连接双向变流器。 

在叶轮的轮毂上还设置有偏航电机，在齿轮箱上设置有滑环，偏航电机和滑环均连接至系统控制器。 

在拖动电机与双馈发电机之间设置有与液压站连接的高速阀，高速阀也连接至系统控制器。 

双馈发电机通过du/dt滤波器连接至双向变流器，双向变流器通过输入滤波器及并网开关连接至变压器。 

系统控制器连接至双向变流器的变流控制器。 

如上所述的大型风机缩比模型教学实训实验台的并网检测方法， 其特征在于：该方法为将三只灯泡直接跨接于电网与双馈发电机定子的对应相之间，具体步骤如下：①通过双馈变流器调节发电机转子励磁电流的大小改变定子端感应电压，使定子感应电压与电网电压的幅值、频率和相位相同；②电压调整好后，如果相序一致，灯光应该表现为明暗交替，如果灯光不是明暗交替，则说明相序不一致，这时应该调整发电机的出线相序，必须停止拖动系统等到发电机转速为零，断开隔离开关之后调整转子相序或者定子相序实现，严格保证相序一致；③根据f₁＝f₂+f_m，其中f₁网侧电压频率，f₂励磁电流频率，f_m发电机轴旋转频率，调节发电机转速或者调节双馈变流器励磁电流的频率来改变定子侧感应电压的频率直到灯光明暗交替十分缓慢时，说明定子感应电压的频率和电网电压频率十分接近，这时等待灯光完全变暗的瞬间到来，即可合闸并网开关。 

实验台的变流器控制策略，该控制策略包括外环控制和内环制器；外环控制选用的是有功和无功控制，有功功率外环可以为转矩或转速外环控制，内环制器为电流闭环控制，其中定子侧有功功率p_s、定子侧无功功率Q_s、电磁转矩T_e和转子转速ω_r为测试仪器实测的数值反馈到控制器中。 

当采用直接功率控制时，具体通过检测定子输出的瞬时有功、无功功率的误差以及定转子的磁链的位置信号，有功指令根据机组特性按最大风能捕捉原则给出，无功指令根据电网需求设定，根据与检测出的功率与给定功率进行比较，误差通过PI功率调节器进行运算，分别输出电机定子电流有功及无功分量指令，然后 与反馈的实际转子的有功无功分量电流i_rd、i_rq的误差通过PI调节器转化为电压指令，然后经过坐标变换区产生PWM波控制变流器；其中定子侧有功功率P_s、定子侧无功功率Q_s、电磁转矩T_e和转子转速ω_r与转子电流的关系为： 

T_e＝n_pL₀(i_qsi_dr-i_dsi_qr)＝L₀n_pψ_si_qr/L_s＝L₀n_pU_si_qr/(L_sω₁)    (1) 

P_s＝u_dsi_ds+u_qsi_qs＝U_si_qs＝U_sL₀i_qr/L_s    (2) 

Q_s＝u_qsi_ds-u_dsi_qs

                   (3) 

$J\frac{{\mathrm{d\ω}}_r}{\mathrm{dt}}+{\mathrm{B\ω}}_r=n_p(T_m-\frac{L_0{n}_p{U}_s{i}_{\mathrm{qr}}}{L_s{\mathrm{\ω}}_1})$        (4) 

L_s为dq坐标系下定子绕组的自感；L₀为dq坐标系下定子绕组与转子绕组间的等效互感；u_ds和u_qs分别为定子电压dq轴分量，i_ds和i_qs分别为定子电流dq轴分量，i_dr和i_qr分别为转子电流dq轴分量，ψ_ds和ψ_qs分别为定子磁链dq轴分量，J为转动惯量。 

双馈发电机采用基于气隙磁场定向的矢量控制策略，系统采用速度闭环控制，转矩调节器是PI调节器，提供了转矩参考值

经变换后得到电流分量参考值

$T_e=p_n{\mathrm{\ψ}}_m^M\×i_s^M=p_n{L}_m{i}_{\mathrm{mm}}{i}_T$     (8) 

${\mathrm{\ω}}_f=\frac{(1+T_{\mathrm{r\σ}}p)i_T}{T_r{i}_{\mathrm{mm}}-T_{\mathrm{r\σ}}{i}_M}$      (9) 

$i_M=\frac{(1+T_{r}p)i_{\mathrm{mm}}+T_{\mathrm{r\σ}}{\mathrm{\ω}}_f{i}_T}{1+T_{\mathrm{r\σ}}p}$     (10) 

式中：p为微分算子；T_rσ为转子漏磁时间常数；T_r为转子时间常 数；p_n为极对数。 

当实验台中的鼠笼异步电机作为发电机时其控制策略与双馈电机作为发电机时的控制策略相同，只是变流器为全功率变流器。 

优点及效果： 

本实用新型通过拖动电机来带动发电机发电，同时通过带轮以及减速箱机构驱动主轴旋转模拟风机的风轮的旋转；电控系统通过与控制台、并网柜以及控制柜相连接模拟偏航动作、解缆动作、变桨动作，测量电流、电压、相位、频率、功率，观察机组运行状况以及处理电网故障。 

双馈风力发电机模拟试验台通过拖动电机与偏航完全模拟真实风机的模型以及真实风机的运转情况，可以用于全面的模拟实验教学。 

拖动电机通过联轴器与发电机连接，作为发电机的原动机，驱动发电机发电。 

本实用新型的发电机发出的电能通过10kw环网向拖动电机提供电能，同时可以进行电网故障的模拟。 

本试验台可以对风力发电机的各种动作以及故障进行模拟。同时通过拖动电机与偏航的控制可以完全模拟自然风，是仿真效果更加接近于实际风机。 

机械连接机构，拖动电机通过联轴器与发电机相连，同时又通过同步带与齿轮箱连接，齿轮箱通过主轴与风轮相连，同时在联轴器上安装扭曲传感器，高速轴上安装有刹车盘，机组可以通过控制拖动电 机的输出来模拟实际的风速，从而实现开桨，变桨，以及关桨动作，同时偏航系统与风速风向系统结合完成偏航动作，以及解缆动作。 

附图说明：

图1是本实用新型的机械装配图 

图2是本实用新型的控制台 

图3是本实用新型中操作面板 

图4是本实用新型中风机模型系统控制流程图 

图5是本实用新型中转子的控制策略框图 

图6是本实用新型中双馈电机的控制策略框图 

图7是本实用新型中拖动电机控制策略图。 

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

参照附图1所示,本实用新型提供一种大型风机缩比模型教学实训实验台，本实用新型的特点是通过拖动电机来模拟自然风，同时驱动发电机发电、并网。发出的电能通过10kw环网向拖动电机提供电能，同时通过带轮以及减速箱机构驱动主轴旋转模拟风机的风轮的旋转。 

本实用新型对风力发电机组进行实时控制，包括偏航动作、变桨动作、解缆动作、并网、脱网、以及故障处理，同时对风力发电机组进行实时监控，在控制面板上可以监测到风力发电机组当前的运行状态，包括环境温度、桨距角、高速轴转矩转速、叶轮转速、方位角、 以及拖动电机与发电机的电压、电流、电功率、变频器频率等。 

本实用新型具有如下几个特点： 

（1）进行机组启动、运行、正常停机、紧急停机时桨矩角的变化状态实验； 

（2）对机组的启动、空载运行、停机、超速、能量转换等过程进行形象演示； 

（3）仿真发电机组偏航时的所有过程，包括机组自动偏航对风、手动偏航、自动解缆、手动解缆等； 

（4）进行机组安全链保护实验； 

（5）本试验台是一套开放式的实验系统，具有演示要求的各项功能，也可以根据需要进行二次开发； 

本实用新型中，当选择双馈电机发电时，PC机根据实际风场的各种运行工况，模拟各种风资源条件下的机组风轮驱动情况，通过PLC去控制变频器驱动异步电机，然后拖动双馈风力发电机组运行，当达到并网速度时并且相序一致时可将风力发电机组并网发电，主控制系统采用基于定子磁链定向的瞬时直接功率控制；当选择发电方式为异步电机发电时，双馈电机的并网开关柜接通，通过PLC给变流器传送指令，通过控制背靠背变流器去改变双馈电机转子的励磁电流，从而改变转子转速。当两者中的任一中发电时。检测装置开始采集机组的运行信息并传送给控制系统和测试系统。在上位机的操作界面上，可以进行不同工况的选择模拟，也可以显示实时采集的风资源情况，可以进行电机并网控制策略的模拟实验，观察到机组同步化、励 磁调节、电能质量检测教学实验：并网后对发电的电能质量进行检测，检测项目包括电流、电压、功率、谐波、不平衡度、闪变等参数，在检测仪器界面上，可以显示出各种电能质量的检测指标情况，进行电能质量测试传感器、仪器仪表的观察、使用等。最终由Labview系统对数据进行显示、处理、储存等，得到机组的各项试验结果，并在显示器中显示出器波形图。并网的过程； 

以下为本实用新型的具体的实验及并网检测控制方法： 

实验项目分为手动实验、自动实验和仿真实验。具体实验如下 

（一）.手动实验一：风力发电机正常启动 

●实验步骤： 

1.操作台、控制柜等完成上电操作之后；调整“运行模式”到手动-1,0状态； 

2.检测机组待机运行状态； 

3.调整风速自0m/s逐步上升到4m/s； 

4.风速的调整会引起液压站动作情况，机械闸松闸、桨距角位置将从90度变动到0度，机组开始旋转，并上升转速。 

5.在数码显示仪表“组4”和“组5”中观察到转速和桨距角的数字量的变化； 

6.在完成开桨后继续调整风速，当风速和运行转速达到并网风速和并网转速时，机组将自动并网，显示并网状态。 

（二）.手动实验二：风力发电机正常停机 

实验目的：观察风力发电机正常停机过程，了解风力发电机正常停机时的风速变化、转速变化情况。可以为控制系统编程提供参考。 

●实验步骤： 

1.操作台、控制柜等完成上电； 

2.系统可以任意一种方式启动，在自动、仿真或者手动状态下已完成启动；并无故障情况； 

3.系统运转在一定转速下，手动减小风速，十分钟平均风速小于启动风速，进行停机操作，观察风力发电机减速、收桨、抱闸过程； 

4.机组执行关桨，高速轴转速下降到50rpm以内之后，调节液压站执行抱闸； 

5.转速下降到“0”之后，机舱模拟柜上的指示“停机指示”灯亮； 

6.可与启动试验重复步骤反复进行。 

（三）.手动实验三：风力发电机偏航系统实验 

●实验步骤： 

1.确定操作台、控制柜等完成上电操作； 

2.确定“运行模式”到手动-1,0状态； 

3.拨动风向指示拨盘，观察上面的方位显示，观察机组上部的风向标摇摆情况； 

4.按下“照明”按钮，连续按，直到偏航齿圈处指示灯点亮，以便于演示观察。 

5.进行自动对风操作，观察偏航系统动作和ＣＷＣＣＷ传感器的 反馈信号；观察偏航方向指示灯闪烁情况； 

6.按下“偏航左偏”按钮或者“偏航右偏”，持续偏航，观察机舱位置改变情况；直到扭缆报警提示，此时动作可忽略风向拨码盘的显示； 

7.本地运行控制柜面板上也可操作偏航动作，且优先级别最高。测试扭缆和解缆方向的正确性； 

8.模拟偏航电机过载和扭缆等故障测试故障安全保护系统。 

（四）.手动实验四：风力发电机变桨系统实验 

1.实验步骤： 

2.确定操作台、控制柜等完成上电操作； 

3.确定“运行模式”到手动-1,0状态； 

4.按下“照明”按钮，连续按，直到轮毂内部指示灯点亮，以便于演示观察； 

5.手动进行变桨，观察数码显示仪表中“桨距角1”、“桨距角2”、“桨距角3”的变化。系统会直接从现在桨距角位置变化到0度。速度：1°/s（正常变桨速度）； 

6.再次进行手动变桨，观察数码显示仪表中“桨距角1”、“桨距角2”、“桨距角3”的变化。系统会直接从现在桨距角位置变化到90度。速度：1°/s（正常变桨速度）； 

7.如果在上述过程中，“分步显示按钮”被按下，3个桨叶按照一定顺序，依次独立变桨；速度：1°/s（正常变桨速度）。 

（五）.手动实验五：风力发电机液压系统实验 

●实验步骤： 

1.确定操作台、控制柜等完成上电操作； 

2.确定“运行模式”到手动-1,0状态； 

3.按下“照明”按钮，连续按，直到机舱内部指示灯点亮，以便于演示观察； 

4.按下“高速闸手动按钮松闸”按钮，程序判断是否可以执行，观察松闸动作，观察液压系统压力和溢流阀变化情况； 

5.按下“高速闸手动按钮抱闸”按钮，程序判断是否可以执行（发电机转速低于50rpm），观察抱闸动作，观察液压系统建压频率和泻压时间； 

6.通过调节风速拨码盘，在小转速下，给液压站全部下电，观察失电后的液压站动作情况。 

（六）.手动实验六：风力发电机安全链保护系统实验 

●实验步骤-1：看门狗故障实验 

机器运行时，锁上操作台锁，激发看门狗断开，观察系统保护功能的动作情况； 

●实验步骤-2：超速故障实验 

节风速频率非常快，激发系统大风情况下发电机超速；观察系统保护功能的动作情况； 

●实验步骤-3：扭缆故障实验 

断一个方向偏航，激发扭缆保护开关，观察系统保护功能的动作情况； 

●实验步骤-4：振动故障实验 

接拨动机组上面的振动开关，激发振动开关断开，观察系统保护功能的动作情况； 

●实验步骤-5：急停故障实验 

部紧急停机按钮信号3个、并网空开、看门狗； 

●实验步骤-6：并网空开故障实验 

（七）.手动实验七：风力发电机并网连续功率调节实验 

1.操作台、控制柜等完成上电操作之后；调整“运行模式”到手动-1,0状态； 

2.按下“启动”按钮，机组进行自检，待机运行状态； 

3.拨动“风速调节旋钮”，观察上面模拟指示器上面的读数，风速自0m/s逐步上升到4m/s；并网发电； 

4.拨动“风速调节旋钮”，观察上面模拟指示器上面的读数，风速自4m/s逐步上升到12m/s；功率因数设置为1；观察输出功率变化情 况， 

5.拨动“风速调节旋钮”，观察上面模拟指示器上面的读数，风速自12m/s逐步下降到4m/s；功率因数设置为感性0.95；观察输出功率变化情况； 

6.拨动“风速调节旋钮”，观察上面模拟指示器上面的读数，风速自4m/s逐步上升到12m/s；功率因数设置为容性0.95；观察输出功率变化情况； 

7.拨动“风速调节旋钮”，观察上面模拟指示器上面的读数，风速自12m/s逐步上升到18m/s；功率因数设置为1，观察桨距角变化情况、功率输出变化情况；功率因数设置为-0.95，观察桨距角变化情况、功率输出变化情况；功率因数设置为0.95，观察桨距角变化情况、功率输出变化情况； 

8.拨动“风速调节旋钮”，观察上面模拟指示器上面的读数，风速自12m/s逐步上升到18m/s；增加风湍流和风瞬变情况，功率因数设置为1，观察桨距角变化情况、功率输出变化情况、电压不平衡度等变化情况；观察发电机转速拨动和转矩测量波动情况。 

（八）.自动实验一：风力发电机自动演示实验 

选择自动运行模式，执行风力发电机控制系统设定的演示流程： 

1.运行模式在“自动”下；按下启动按钮；然后逐次按下“分步演示”；当一个阶段动作演示过程中，“分步演示”灯闪烁；演示结束后，“分步演示”灯停止闪烁，常亮； 

2.风力发电机启动，在0-3m/s转速下空载运行； 

3.内部模拟一个风向变化，偏航自动跟风； 

4.内部模拟风湍流，4-12m/s，到达并网转速时，并网；在此期间，按照功率曲线和转速-转矩曲线输出功率； 

5.内部模拟风湍流，12-18m/s，大风，额定输出之后，机组变桨距运行，限制功率输出。 

6.内部模拟风湍流，18-25m/s，大风报警，停机保护。 

（九）.自动实验二：风力发电机发电功率测量实验 

实验方法： 

1.采用钳形电流表测量发电机定子输出电流，以校验仪表显示的正确性； 

2.采用示波器观察输出电流、电压波形； 

3.采用相序表测量A B C相序情况； 

用监控软件观察并记录发电机并网和脱网过程中的定转子电压、电流波形 

（十）.自动实验三：风力发电机接线形式认知实验 

实验步骤： 

1.根据系统结构图，了解风力发电机仿真模型的组成结构； 

2.了解风力发电机仿真模型控制系统各组成部分的工作原理； 

3.了解各部分线路接线形式； 

4.动手操作上电、断电。 

实验目的：通过阅读线路原理图，单线图，锻炼学生的认图、识图能力，不用指导，可以自己完成控制柜的上电、故障排查等； 

（十一）.自动实验四：风力发电机机械系统模型认知实验 

实验步骤： 

1.了解风力发电机偏航机构、主轴、轮毂与叶片、变桨机构的构成及功能； 

2.了解风力发电机塔筒与基础的结构、机舱底盘构成； 

3.了解发电机、齿轮箱、主轴承座以及机舱罩的结构； 

（十二）.仿真实验：风力发电机仿真模式实验； 

实验目的：仿真模式主要为研究生课程所开设。旨在锻炼学生的编程能力。 

参照附图2所示，该图为本实用新型的系统控制器所在的控制台，各部分的功能如下： 

序号1：基本风模拟区，以拨码盘的形式，形象的显示风速，风向情况； 

序号2：显示屏，显示IP427的内部运行逻辑； 

序号3：安全链状态显示区，显示安全链的各环节动作情况； 

序号4：数码显示区，为实验过程中的电量仪表，显示功率、转速等； 

序号5：计算机，仿真状态下计算机 

序号6：风机状态显示区，可显示机组运行的各个情况，以信号灯的明暗表示动作过程； 

序号7：实验操作区，手动操作，并显示每一步操作的情况； 

参照附图3所示，为该风力发电机控制操作台面板，风机的所有动作在这里进行控制操作，括变桨、开闸、松闸、偏航、扭缆和叠加风等，同时可以对风机的状态进行控制以及对风机故障与安全链状态进行指示。 

参照附图4所示，为该仿真实验台的风机模型系统控制流程图。该实验台主要包括叶轮、拖动电机、双馈发电机、双向变流器、系统控制器和并网柜；叶轮设置在轮毂上，轮毂通过齿轮箱连接至拖动电机，拖动电机一方面连接双馈发电机，另一方面通过风况模拟驱动系统连接至变压器，变压器连接至并网柜；双馈发电机一方面通过定子并网开关及定子空开连接至变压器，另一方面连接至双向变流器，双向变流器连接至变压器；系统控制器连接双向变流器。 

在叶轮的轮毂上还设置有偏航电机，在齿轮箱上设置有滑环，偏航电机和滑环均连接至系统控制器。 

在拖动电机与双馈发电机之间设置有与液压站连接的高速阀，高速阀也连接至系统控制器。 

双馈发电机通过du/dt滤波器连接至双向变流器，双向变流器通过输入滤波器及并网开关连接至变压器。系统控制器连接至双向变流器的变液控制器。 

参照附图5所示，这里我们引入三相同步发电机直接并网的检测方法来让学生了解同步化的过程，同时防止直接操作并网开关以损坏变流器和发电机设备，甚至对电网造成冲击。所以在进行风力发电之 前，首先检查相序是否满足并网条件，对于检测方法，将三只灯泡直接跨接于电网与双馈发电机定子的对应相之间。并网方法为：①通过双馈变流器调节发电机转子励磁电流的大小改变定子端感应电压，使定子感应电压与电网电压的幅值、频率和相位相同；②电压调整好后，如果相序一致，灯光应该表现为明暗交替，如果灯光不是明暗交替，则说明相序不一致，这时应该调整发电机的出线相序（注意：不能调整电网侧相序带电危险），必须停止拖动系统等到发电机转速为零（因为双馈发电机转子和定子绕组中有剩磁存在，只要发电机转速不为零发电机定子就有感应电压）。可以断开S2和S3隔离开关之后调整转子相序或者定子相序实现，严格保证相序一致。③根据f₁＝f₂+f_m，其中f₁网侧电压频率，f₂励磁电流频率，f_m发电机轴旋转频率），调节发电机转速或者调节双馈变流器励磁电流的频率来改变定子侧感应电压的频率直到灯光明暗交替十分缓慢时，说明定子感应电压的频率和电网电压频率十分接近，这时等待灯光完全变暗的瞬间到来，即可合闸并网开关。 

参照附图6所示，为该实验台的变流器控制策略，外环控制选用的是有功和无功控制，除此之外，有功功率外环可以为转矩或转速外环控制，内环制器为电流闭环控制。其中定子侧有功功率p_s、定子侧无功功率Q_s、电磁转矩T_e和转子转速ω_r为测试仪器实测的数值反馈到控制器中。以采用直接功率控制为例，具体通过检测定子输出的瞬时有功、无功功率的误差以及定转子的磁链的位置信号，有功指令根据机组特性按最大风能捕捉原则给出，无功指令根据电网需求设定，根据与检测出的功率与给定功率进行比较，误差通过PI功率调节器进行运算，分别输出电机定子电 流有功及无功分量指令，然后与反馈的实际转子的有功无功分量电流i_rd、i_rq的误差通过PI调节器转化为电压指令，然后经过坐标变换区产生PWM波控制变流器，其它的控制方法以此相似。其中定子侧有功功率P_s、定子侧无功功率Q_s、电磁转矩T_e和转子转速ω_r与转子电流的关系为： 

T_e＝n_pL₀(i_qsi_dr-i_dsi_qr)＝L₀n_pψ_si_qr/L_s＝L₀n_pU_si_qr/(L_sω₁)    (1) 

P_s＝u_dsi_ds+u_qsi_qs＝U_si_qs＝U_sL₀i_qr/L_s    (2) 

Q_s＝u_qsi_ds-u_dsi_qs

                (3) 

$J\frac{{\mathrm{d\ω}}_r}{\mathrm{dt}}+{\mathrm{B\ω}}_r=n_p(T_m-\frac{L_0{n}_p{U}_s{i}_{\mathrm{qr}}}{L_s{\mathrm{\ω}}_1})$        (4) 

L_s为dq坐标系下定子绕组的自感；L₀为dq坐标系下定子绕组与转子绕组间的等效互感。u_ds和u_qs分别为定子电压dq轴分量，i_ds和i_qs分别为定子电流dq轴分量，i_dr和i_qr分别为转子电流dq轴分量，ψ_ds和ψ_qs分别为定子磁链dq轴分量，J为转动惯量。 

如附图7所示，为该实验台中拖动电机控制策略图。此时，鼠笼异步电机采用基于气隙磁场定向的矢量控制策略。系统采用速度闭环控制，其特点是矢量控制系统简单，气隙磁通易于检测，用以处理和控制磁路饱和。转矩调节器是PI调节器，提供了转矩参考值

，经变换后得到电流分量参考值

。 

$T_e=p_n{\mathrm{\ψ}}_m^M\×i_s^M=p_n{L}_m{i}_{\mathrm{mm}}{i}_T$         (8) 

${\mathrm{\ω}}_f=\frac{(1+T_{\mathrm{r\σ}}p)i_T}{T_r{i}_{\mathrm{mm}}-T_{\mathrm{r\σ}}{i}_M}$      (9) 

$i_M=\frac{(1+T_{r}p)i_{\mathrm{mm}}+T_{\mathrm{r\σ}}{\mathrm{\ω}}_f{i}_T}{1+T_{\mathrm{r\σ}}p}$     (10) 

式中：p为微分算子；T_rσ为转子漏磁时间常数；T_r为转子时间常数；p_n为极对数。当实验台中的鼠笼异步电机作为发电机时其控制策略与双馈电机作为发电机时的控制策略相同，只是变流器为全功率变流器。 

除此之外，该试验台还配有以可编程控制器，实验者可以将自己的控制策略下载到控制器中进行实验。 

Claims (5)

1.一种大型风机缩比模型教学实训实验台，其特征在于：该实验台主要包括叶轮、拖动电机、双馈发电机、双向变流器、系统控制器和并网柜；叶轮设置在轮毂上，轮毂通过主轴与齿轮箱连接，齿轮箱通过同步带轮与拖动电机连接，拖动电机一方面连接双馈发电机，另一方面通过风况模拟驱动系统连接至变压器，变压器连接至并网柜；双馈发电机一方面通过定子并网开关及定子空开连接至变压器，另一方面连接至双向变流器，双向变流器连接至变压器；系统控制器连接双向变流器。

2.根据权利要求1所述的大型风机缩比模型教学实训实验台，其特征在于：在叶轮的轮毂上还设置有偏航电机，在齿轮箱上设置有滑环，偏航电机和滑环均连接至系统控制器。

3.根据权利要求2所述的大型风机缩比模型教学实训实验台，其特征在于：在拖动电机与双馈发电机之间设置有与液压站连接的高速阀，高速阀也连接至系统控制器。

4.根据权利要求1所述的大型风机缩比模型教学实训实验台，其特征在于：双馈发电机通过du/dt滤波器连接至双向变流器，双向变流器通过输入滤波器及并网开关连接至变压器。

5.根据权利要求1所述的大型风机缩比模型教学实训实验台，其特征在于：系统控制器连接至双向变流器的变流控制器。

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