CN206058706U - 一种用于教学的永磁同步风力发电模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于教学的永磁同步风力发电模拟试验装置，包括三相电源、变频异步电动机、变频器、永磁同步发电机、机侧变流器、网侧变流器和监控上位机，变频器的输出端连接变频异步电动机的输入端，变频异步电动机的输出端连接永磁同步发电机的转子端，永磁同步发电机的定子端串联第三空开后连接机侧变流器，机侧变流器的输出端连接网侧变流器，网侧变流器的输出端并入三相电网，变频器、网侧变流器和机侧变流器的通讯口还分别连接监控上位机。本实用新型通过监控上位机远程控制变频器输出频率来调节变频异步电动机的转速，模拟不同风速来驱动永磁同步发电机进行发电，通过机侧变流器和网侧变流器变流后馈入电网，不受外界自然环境影响。

Description

一种用于教学的永磁同步风力发电模拟试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于教学的永磁同步风力发电模拟试验装置，属于教学试验装置技术领域。

背景技术

目前，许多学校和科研院所对风力发电系统进行学习研究时，是采用用于教学的风力发电模拟试验装置进行学习研究。目前风力发电试验装置中风力发电采用自然界风力推动的风力发电机，此种风力发电的并网方式受到外界环境的影响较大，不能根据使用者的要求及时的投入和退出，传统的风力发电并网是一个独立的封闭的系统，一旦该系统建立完成后，它的运行方式就固定了，控制方式比较僵硬。对于学校和科研院所这一类学术和研究机构来说，他们需要获取各种数据，而且需要系统具备一定的扩展接口和扩展能力，显然传统常规的风力发电系统不能很好的提供实验的模型和获取数据的需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种用于教学的永磁同步风力发明模拟试验装置，解决了现有技术中风力发电采用自然风易受环境影响的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于教学的永磁同步风力发电模拟试验装置，其输出为三相电网，其特征是，包括三相电源、变频异步电动机、变频器、永磁同步发电机、机侧变流器、网侧变流器和监控上位机，所述变频器的输入端依次串联第四空开和第一空开后连接三相电源，所述变频器的输出端连接变频异步电动机的输入端，变频异步电动机的输出端连接永磁同步发电机的转子端，永磁同步发电机的定子端串联第三空开后连接机侧变流器，机侧变流器的输出端连接网侧变流器，网侧变流器的输入端依次串接第二接触器、第一接触器、第二空开后连接第四空开与第一空开之间的节点，第一接触器的线圈端子连接网侧变流器，第二接触器的线圈端子连接机侧变流器，网侧变流器的输出端并入三相电网，变频器、网侧变流器和机侧变流器的通讯口还分别连接监控上位机。

进一步的，所述变频异步电动机与永磁同步发电机水平安装在底座上，通过联轴器相连接。

进一步的，还包括用于测量永磁同步发电机实时转速的增量式编码器，所述增量式编码器连接机侧变流器。

进一步的，机侧变流器和网侧变流器平行设置，机侧变流器和网侧变流器内分别设有电压传感器、电流传感器和温度传感器，所述电压传感器、电流传感器和温度传感器的输出端连接监控上位机。

进一步的，所述机侧变流器采用PWM整流器，网侧变流器采用PWM逆变器。

进一步的，变频器、网侧变流器和机侧变流器与监控上位机的连接采用RS485串行通讯。

进一步的，第二接触器与网侧变流器之间还设有阻抗器、容抗器和感抗器，三相中的每一相串联阻抗器和感抗器，任意两相之间并联容抗器。

进一步的，所述变频异步电动机和永磁同步发电机还均设有用来进行散热的风扇。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：本实用新型通过监控上位机远程控制变频器输出频率来调节变频异步电动机的转速，模拟不同风速来驱动永磁同步发电机进行发电，使永磁同步发电机模拟工作在不同风速工况下，永磁同步发电机运转输出，通过机侧变流器和网侧变流器变流后将电能馈入电网。本实用新型不受外界自然环境影响，设有多个空开和接触器，方便风力发电的并网和脱网，并通过监控上位机实时采集永磁同步发电机的转速、定子、转子的电压电流，监测各参数。

附图说明

图1是本实用新型试验装置的原理示意图。

图2是本实用新型风力发电模拟的电路示意图。

图3是本实用新型变频异步电动机与永磁同步发电机的连接结构示意图。

附图标记：1、变频异步电动机；2、永磁同步发电机；3、联轴器；4、底座。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1和图2所示，本实用新型提供的一种用于教学的永磁同步风力发电模拟试验装置，其输出为三相电网，包括三相电源、变频异步电动机1（M）、变频器（ABB）、永磁同步发电机2（PMSG）、机侧变流器、网侧变流器和监控上位机，所述变频器的输入端依次串联第四空开QF4和第一空开QF1后连接三相电源，所述变频器的输出端连接变频异步电动机1的输入端，变频异步电动机1的输出端连接永磁同步发电机2的转子端，永磁同步发电机2的定子端连接机侧变流器，机侧变流器的输出端连接网侧变流器，网侧变流器的输入端依次串接第二接触器KM2、第一接触器KM1、第二空开QF2后连接第四空开QF4与第一空开QF1之间的节点，第一接触器KM1的线圈端子连接网侧变流器，第二接触器KM2的线圈端子连接机侧变流器，网侧变流器的输出端并入三相电网，变频器、网侧变流器和机侧变流器的通讯口还分别连接监控上位机，所述监控上位机可采用现有技术中PC机。

本实用新型的工作原理为，通过监控上位机远程控制变频器输出频率来调节变频异步电动机的转速，模拟不同风速来驱动永磁同步发电机进行发电，使永磁同步发电机模拟工作在不同风速工况下，永磁同步发电机运转输出频率变化的交流电，通过机侧变流器可转换成稳定的直流电，再经网侧变流器转换成频率与电网一致的三相交流电馈送到电网。利用本实用新型装置进行试验时的工作流程为，先手动将第一空开QF1、第二空开QF2、第三空开QF3和第四空开QF4闭合，监控上位机控制机侧变流器、网侧变流器和变频器开始工作，首先进行预充电，闭合第一接触器KM1，机侧变流器进行预充电，然后闭合第二接触器KM2，启动网侧变流器，将风力发电并入电网。本实用新型通过设置多个空开和接触器，方便进行空载运转试验、并网过程和脱网试验等试验，提供丰富的模拟能力，供学校和科研院所获取需要的数据。

进一步的，如图3所示，所述变频异步电动机1与永磁同步发电机2水平安装在底座4上，通过联轴器3相连接。有利于将变频异步电动机与永磁同步发电机稳固连接，提高装置稳定性。

进一步的，还包括用于测量永磁同步发电机实时转速的增量式编码器，所述增量式编码器连接机侧变流器。进一步的，机侧变流器和网侧变流器平行设置，其冷却方式为风冷，进线方式为下进线，机侧变流器和网侧变流器内分别设有电压传感器、电流传感器和温度传感器，所述电压传感器、电流传感器和温度传感器的输出端连接监控上位机。监控上位机采集永磁同步发电机的转速、定子电流、定子电压、转子电流、转子电压形成反馈，即根据采集信息来设定变频器的频率，进而调节变频异步电动机的转速，来改变永磁同步发电机的定子转子侧电压、电流。

进一步的，所述机侧变流器采用PWM整流器，网侧变流器采用PWM逆变器。连接永磁同步发电机定子的机侧变流器采用机侧PWM变换器，连接电网的网侧变流器称为网侧PWM变换器。一般情况下机侧PWM变换器工作在整流状态，因此又称之为PWM整流器，网侧PWM变换器工作在逆变状态，因此又称之为PWM逆变器。PMSG发出的电能经机侧PWM整流器转换为直流电，中间直流母线并联大电容起稳压和能量储存缓冲的作用，最后经过网侧PWM逆变器转换为与电网同频的交流电馈入电网，网侧PWM整流器与网侧PWM逆变器本体结构上完全相同，为全控电力电子器件构成的脉宽调制(pulse width modulation，PWM)变流器。

进一步的，变频器、网侧变流器和机侧变流器与监控上位机的连接采用RS485串行通讯，串口通讯稳定，传输效率高。

进一步的，第二接触器与网侧变流器之间还设有阻抗器、容抗器和感抗器，三相中的每一相串联阻抗器和感抗器，任意两相之间并联容抗器，阻抗器可以采用电阻，容抗器采用电容，感抗器采用电感。加入阻性负载、感性负载和容性负载，方便测量风力发电模拟试验装置的带载能力。

进一步的，为了提高工作效率，所述变频异步电动机和永磁同步发电机还均设有风扇，用来进行散热。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于教学的永磁同步风力发电模拟试验装置，其输出为三相电网，其特征是，包括三相电源、变频异步电动机、变频器、永磁同步发电机、机侧变流器、网侧变流器和监控上位机，所述变频器的输入端依次串联第四空开和第一空开后连接三相电源，所述变频器的输出端连接变频异步电动机的输入端，变频异步电动机的输出端连接永磁同步发电机的转子端，永磁同步发电机的定子端串联第三空开后连接机侧变流器，机侧变流器的输出端连接网侧变流器，网侧变流器的输入端依次串接第二接触器、第一接触器、第二空开后连接第四空开与第一空开之间的节点，第一接触器的线圈端子连接网侧变流器，第二接触器的线圈端子连接机侧变流器，网侧变流器的输出端并入三相电网，变频器、网侧变流器和机侧变流器的通讯口还分别连接监控上位机。

2.根据权利要求1所述的一种用于教学的永磁同步风力发电模拟试验装置，其特征是，所述变频异步电动机与永磁同步发电机水平安装在底座上，通过联轴器相连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于教学的永磁同步风力发电模拟试验装置，其特征是，还包括用于测量永磁同步发电机实时转速的增量式编码器，所述增量式编码器连接机侧变流器。

4.根据权利要求1所述的一种用于教学的永磁同步风力发电模拟试验装置，其特征是，机侧变流器和网侧变流器平行设置，机侧变流器和网侧变流器内分别设有电压传感器、电流传感器和温度传感器，所述电压传感器、电流传感器和温度传感器的输出端连接监控上位机。

5.根据权利要求1所述的一种用于教学的永磁同步风力发电模拟试验装置，其特征是，所述机侧变流器采用PWM整流器，网侧变流器采用PWM逆变器。

6.根据权利要求1所述的一种用于教学的永磁同步风力发电模拟试验装置，其特征是，变频器、网侧变流器和机侧变流器与监控上位机的连接采用RS485串行通讯。

7.根据权利要求1所述的一种用于教学的永磁同步风力发电模拟试验装置，其特征是，第二接触器与网侧变流器之间还设有阻抗器、容抗器和感抗器，三相中的每一相串联阻抗器和感抗器，任意两相之间并联容抗器。

8.根据权利要求1所述的一种用于教学的永磁同步风力发电模拟试验装置，其特征是，所述变频异步电动机和永磁同步发电机还均设有用来进行散热的风扇。