专利名称：双馈风电机组的仿真装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风电设备领域，尤其涉及一种双馈风电机组的仿真装置。
技术背景1891年，第一台试验风机诞生，这预示着风力发电的开始。1897年，风机系统正式用于商业化。但此后，风力发电发展缓慢，直至上个世纪70年代的世界石油危机才使风力发电真正得到发展。美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源，投入了大量经费，利用计算机、空气动力学、结构力学和材料力学等领域的新技术研制现代风力发电机组，开创了风能利用的新时期。近20年，发达国家在风力发电技术领域已取得巨大的成就。并网运行的风力发电机组单机容量从最初的数十千瓦级已发展到兆瓦级；控制方式从单一的定桨距失速控制向全桨叶变距和变速恒频发展，运行可靠性从20世纪80年代初的50%，提高到98%以上，并且在风电场运行的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制。自1990年以来，世界风力发电累计装机容量平均每年增长超过20%，仅2005年世界新增装机就达到11769MW，其增长速度超过了任何一种电力增长的速度。风电机组有多种类型，常用的风电机组包括基于普通异步发电机的恒速风电机组、基于双馈感应发电机的变速风电机组和基于永磁同步发电机的直驱型变速风电机组。在这集中风电机组中，基于双馈感应发电机的变速风电机组(双馈风电机组)是目前世界风电和控制领域的研究热点之一。图I揭示了双馈风电机组的结构示意图。双馈风电机组100包括风轮102、齿轮箱104、双馈感应电机106、功率换流器108、直流侧电容器和变压器。双馈感应电机106的定子直接与电网110相连，而转子通过两个功率换流器108连接到电网中。利用PWM或空间矢量控制技术可以使风机在较大的速度范围内运行，使转子与电网之间实现能量的双向传输。双馈风电机组采用双馈电机及变桨距控制技术，使机组能在较大的范围内均能按最佳参数运行，提高了风能的利用效率。双馈风电机组的优势主要体现在控制转子电流可在大范围内控制电机转差、有功功率和无功功率，参与系统的无功调节，提高系统的稳定性。可以通过控制策略实现最大风能跟踪，提高风能利用效率。可以有效降低输出功率波动和机组的机械应力。在转子侧控制功率因数，提高电能质量，实现安全、便捷并网。变流器的容量仅占风机额定容量的25%左右，与全功率变流器相比大大降低了功率损耗和成本。双馈风电机组的主要缺点在于控制方式及保护策略复杂，需要使用齿轮箱，结构复杂。上述的问题导致基于双馈感应发电机的变速风电机组在装机前的测试过程十分复杂，测试项目繁多，而在现有技术中缺乏有效的测试手段，使得双馈风电机组的应用成本提升。
实用新型内容本实用新型旨在提出一种双馈风电机组的仿真装置，能够实现完善的双馈风电机组的测试工作。根据本实用新型的一实施例，提出一种双馈风电机组的仿真装置包括双馈感应发电机、风电机组原动机、监测保护设备和转子侧变流设备。风电机组原动机连接到双馈感应发电机，风电机组原动机在风力驱动下带动双馈感应发电机的转子转动。监测保护设备连接到双馈感应发电机，测量双馈感应发电机输出的电压和电流。转子侧变流设备连接到双馈感应发电机、风电机组原动机和监测保护设备，转子侧变流设备控制双馈感应发电机的电压幅值和相位，进行有功解耦控制和无功解耦控制。在一个实施例中，风电机组原动机包括风力机、桨距角控制器和轴系控制器。风力机包括风轮。桨距角控制器连接到风力机，桨距角控制器调节风轮的桨叶的角度。轴系控制器连接到风力机，轴系控制器调节风轮的输出轴转速。在一个实施例中，轴系控制器包括变速箱。 在一个实施例中，监测保护设备包括电流测量器、电压测量器和保护器。电流测量器连接到双馈感应发电机并测量双馈感应发电机的输出电流。电压测量器连接到双馈感应发电机并测量双馈感应发电机的输出电压。保护器保护双馈感应发电机。在一个实施例中，转子侧变流设备包括功率测量器、功率控制器、最大功率追踪�？�、电压电流控制器和坐标变换器。功率测量器测量双馈感应发电机的输出功率。功率控制器连接到功率测量器，功率控制器输出功率控制信号。最大功率追踪�？榱拥椒绲缁樵凸β士刂破鳎觳獠⒓锹甲畲蠊β什⑻峁└β士刂破鳌５缪沟缌骺刂破髁拥焦β士刂破鳎缪沟缌骺刂破鞲菟龉β士刂菩藕攀涑龅缪狗敌藕�。坐标变换器连接到电压电流控制器和双馈感应发电机，坐标变换器对电压电流控制器输出的电压幅值信号进行相位变换，并输出经相位变换的电压幅值信号给双馈感应发电机。本实用新型的双馈风电机组的仿真装置能够准确反映风机的物理特性和双馈感应发电机的工作状况，能够满足风电并网规范对并网风机的完整测试要求。
图I揭示了双馈风电机组的结构示意图。图2揭示了根据本实用新型的一实施例的双馈风电机组的仿真装置的结构示意图。图3揭示了根据本实用新型的一实施例的双馈风电机组的仿真装置的结构示意图。
具体实施方式
参考图2所示，本实用新型提出一种双馈风电机组的仿真装置。该双馈风电机组的仿真装置200包括双馈感应发电机202、风电机组原动机204、监测保护设备206和转子侧变流设备208。双馈感应发电机202是可进行交流励磁控制的绕线式异步电机。风电机组原动机204连接到双馈感应发电机202，风电机组原动机204在风力驱动下带动双馈感应发电机的转子转动。监测保护设备206连接到双馈感应发电机202，测量双馈感应发电机202输出的电压和电流。转子侧变流设备208连接到双馈感应发电机202、风电机组原动机204和监测保护设备206，转子侧变流设备208控制双馈感应发电机202的电压幅值和相位，进行有功解耦控制和无功解耦控制。转子侧变流设备208是双馈风机进行转速(有功)和无功控制的核心环节。双馈感应发电机的变速运行是建立在交流励磁变速恒频发电技术基础上的。交流励磁变速恒频发电是在异步发电机的转子中施加三相低频交流电流实现励磁，调节励磁电流的幅值、相位、频率、相序，确保发电机输出电流恒频，输出功率恒定。同时采用矢量变换控制技术，实现发电机有功功率、无功功率的独立调节。调节有功功率可调节风力机转速，使风力机运行在最佳叶尖速比，进而实现最大风能捕获的追踪控制；调节无功功率可调节电网功率因数，提高风电机组及所并网系统的动、静态运行稳定性。图3揭示了根据本实用新型的一实施例的双馈风电机组的仿真装置300的结构示意图。如图3所示，该双馈风电机组的仿真装置300包括双馈感应发电机302、风电机组原动机304、监测保护设备306和转子侧变流设备308。在图3所示的实施例中，风电机组原动机304包括风力机340、桨距角控制器342和轴系控制器344。风力机340包括风轮。桨距角控制器342连接到风力机340，桨距角控制器342调节风轮的桨叶的角度。轴系控制器344连接到风力机340，轴系控制器344调节 风轮的输出轴转速。在一个实施例中，轴系控制器344包括变速箱。在图3所示的实施例中，监测保护设备306包括电流测量器360、电压测量器362和保护器364。电流测量器360连接到双馈感应发电机302并测量双馈感应发电机302的输出电流。电压测量器362连接到双馈感应发电机302并测量双馈感应发电机302的输出电压。保护器364保护双馈感应发电机302。在一个实施例中，保护器364对双馈感应发电机302提供的保护包括过速保护和高低周保护。在保护器364进行保护动作时，直接切断与双馈感应发电机302的电连接。在图3所示的实施例中，转子侧变流设备308包括功率测量器380、功率控制器382、最大功率追踪�？�384、电压电流控制器386和坐标变换器388。功率测量器380测量双馈感应发电机302的输出功率。功率控制器382连接到功率测量器380，功率控制器382输出功率控制信号。最大功率追踪�？�384连接到风电机组原动机304和功率控制器382，最大功率追踪模块384检测并记录最大功率并提供给功率控制器382。电压电流控制器386连接到功率控制器382，电压电流控制器386根据功率控制信号输出电压幅值信号。坐标变换器388连接到电压电流控制器386和双馈感应发电机302，坐标变换器388对电压电流控制器386输出的电压幅值信号进行相位变换，并输出经相位变换的电压幅值信号给双馈感应发电机302。本实用新型的双馈风电机组的仿真装置能够准确反映风机的物理特性和双馈感应发电机的工作状况，能够满足风电并网规范对并网风机的完整测试要求。
权利要求1.一种双馈风电机组的仿真装置，其特征在于，包括 双馈感应发电机； 风电机组原动机，风电机组原动机连接到双馈感应发电机，风电机组原动机在风力驱动下带动双馈感应发电机的转子转动； 监测保护设备，连接到双馈感应发电机，测量双馈感应发电机输出的电压和电流； 转子侧变流设备，连接到双馈感应发电机、风电机组原动机和监测保护设备，转子侧变流设备控制双馈感应发电机的电压幅值和相位，进行有功解耦控制和无功解耦控制。
2.如权利要求I所述的双馈风电机组的仿真装置，其特征在于，所述风电机组原动机包括 风力机，风力机包括风轮； 桨距角控制器，连接到风力机，桨距角控制器调节风轮的桨叶的角度； 轴系控制器，连接到风力机，轴系控制器调节风轮的输出轴转速。
3.如权利要求2所述的双馈风电机组的仿真装置，其特征在于，所述轴系控制器包括变速箱。
4.如权利要求I所述的双馈风电机组的仿真装置，其特征在于，所述监测保护设备包括 电流测量器，连接到双馈感应发电机并测量双馈感应发电机的输出电流； 电压测量器，连接到双馈感应发电机并测量双馈感应发电机的输出电压； 保护器，保护双馈感应发电机。
5.如权利要求I所述的双馈风电机组的仿真装置，其特征在于，所述转子侧变流设备包括 功率测量器，测量双馈感应发电机的输出功率； 功率控制器，连接到功率测量器，功率控制器输出功率控制信号； 最大功率追踪模块，连接到风电机组原动机和功率控制器，检测并记录最大功率并提供给功率控制器； 电压电流控制器，连接到所述功率控制器，电压电流控制器根据所述功率控制信号输出电压幅值信号； 坐标变换器，连接到电压电流控制器和双馈感应发电机，坐标变换器对电压电流控制器输出的电压幅值信号进行相位变换，并输出经相位变换的电压幅值信号给双馈感应发电机。
专利摘要本实用新型揭示了一种双馈风电机组的仿真装置，包括双馈感应发电机、风电机组原动机、监测保护设备和转子侧变流设备。风电机组原动机连接到双馈感应发电机，风电机组原动机在风力驱动下带动双馈感应发电机的转子转动。监测保护设备连接到双馈感应发电机，测量双馈感应发电机输出的电压和电流。转子侧变流设备连接到双馈感应发电机，转子侧变流设备控制双馈感应发电机的电压幅值和相位，进行有功解耦控制和无功解耦控制。本实用新型的双馈风电机组的仿真装置能够准确反映风机的物理特性和双馈感应发电机的工作状况，能够满足风电并网规范对并网风机的完整测试要求。
文档编号G01R31/34GK202548295SQ20122012791
公开日2012年11月21日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者仇成, 冯煜尧, 杨增辉, 秦旷宇 申请人:上海市电力公司, 华东电力试验研究院有限公司
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