專利名稱：一種基于雙饋發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)，尤其是一種基于雙饋發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著能源與環(huán)境的壓力增加，清潔可再生的新能源近年來(lái)受到普遍重視。在各類 綠色能源中，風(fēng)能是前景潛力巨大的可再生能源之一，風(fēng)力發(fā)電從生產(chǎn)到回收處理的整個(gè) 過(guò)程都不產(chǎn)生任何污染，又可以減少燃料帶來(lái)的環(huán)境污染，從而起到保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境的 作用，是真正的綠色能源。在實(shí)際風(fēng)力發(fā)電中，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，要求風(fēng)電的頻率與電網(wǎng)保 持一致，即頻率保持恒定，過(guò)去采用的恒速恒頻發(fā)電方式，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不能變，迫使風(fēng)力機(jī) 在不同風(fēng)力下維持一個(gè)轉(zhuǎn)速，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)風(fēng)力機(jī)偏離其與最大風(fēng)能相對(duì)應(yīng)的最佳速度， 導(dǎo)致風(fēng)力資源浪費(fèi)，發(fā)電效率下降，而且機(jī)組機(jī)械應(yīng)力和磨損增大，原動(dòng)機(jī)受損，也使發(fā)電 質(zhì)量下降，這些諸多缺點(diǎn)都直接影響了風(fēng)力發(fā)電在實(shí)際生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用。為了克服這些 現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，研究一種新型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是必須的。但是在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究 階段，直接在風(fēng)場(chǎng)采用實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，顯然是不現(xiàn)實(shí)也是不經(jīng)濟(jì)的，因此首先設(shè) 計(jì)一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的模擬裝置是研究人員迫切需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)并填補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)的空白，提 供一種基于雙饋發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)模擬風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩進(jìn) 行模擬試驗(yàn)，雙饋發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制，可實(shí)現(xiàn)有功功率、無(wú)功功率的靈活控制，對(duì)電 網(wǎng)起到無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔谩１景l(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的這種基于雙饋發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)，包括電網(wǎng)、變頻器和電動(dòng)機(jī)，另外還包 括有雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)和四象限整流逆變電路。變頻器的輸入端連接到電網(wǎng)上，變頻器的輸 出端與電動(dòng)機(jī)的輸入端連接，電動(dòng)機(jī)的輸出軸與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，所述雙饋風(fēng) 力發(fā)電機(jī)的定子連接到電網(wǎng)上，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子還通過(guò)四象限整流逆變電路與電網(wǎng) 連接，所述變頻器和四象限整流逆變電路還連接有一控制模塊。上述控制模塊包括微處理器以及分別與微處理器連接的控制臺(tái)和信號(hào)采集模塊， 所述微處理器還分別通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電路和第二驅(qū)動(dòng)電路與變頻器和四象限整流逆變電路 連接；所述信號(hào)采集模塊采集雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)并傳送給微處理器，微處理器將 信號(hào)采集模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，顯示于控制臺(tái)上，控制臺(tái)向第一驅(qū)動(dòng)電路和第二驅(qū)動(dòng)電路 分別發(fā)出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)變頻器和四象限整流逆變電路工作。上述信號(hào)采集模塊采集雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)包括定子電流、定子電壓、轉(zhuǎn) 子電流、轉(zhuǎn)子電壓和電機(jī)轉(zhuǎn)速。
進(jìn)一步的，在以上所述控制臺(tái)上設(shè)定控制參數(shù)，所述控制參數(shù)是根據(jù)信號(hào)采集模 塊采集到雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)定，控制參數(shù)包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率、 相位和幅值，發(fā)電機(jī)定子電流以及電動(dòng)機(jī)的電壓、電流和轉(zhuǎn)速。上述微處理器是可編程控制器PLC、PCC或者單片機(jī)。進(jìn)一步，上述微處理器采用西門(mén)子S7-300可編程控制器。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明的模擬系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由變頻器控制電動(dòng)機(jī)模擬風(fēng) 力葉輪在不同風(fēng)速下的變轉(zhuǎn)速狀態(tài)，從而達(dá)到對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變轉(zhuǎn)速輸入的目的，另 外雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子和電網(wǎng)直接相連接，轉(zhuǎn)子和四象限整流逆變電路相連接，通過(guò)四象 限整流逆變電路的功率僅僅是轉(zhuǎn)差功率，可實(shí)現(xiàn)有功功率、無(wú)功功率的靈活控制，對(duì)電網(wǎng)而 言可起到無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?，可以?yōu)化系統(tǒng)內(nèi)電網(wǎng)質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的控制模塊6的連接結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為電網(wǎng)；2為變頻器；3為電動(dòng)機(jī)；4為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)；5為四象限整流逆 變電路；6為控制模塊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述參見(jiàn)圖1，該風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)，包括電網(wǎng)1、變頻器2、電動(dòng)機(jī)3和雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī) 4。變頻器2的輸入端連接到電網(wǎng)1上，變頻器2的輸出端與電動(dòng)機(jī)3的輸入端連接，采用 電動(dòng)機(jī)3模擬風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)4接于電動(dòng)機(jī)3后面，即將電動(dòng)機(jī)3的輸 出軸與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)子連接，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)4的定子連接到電網(wǎng)1上，雙饋風(fēng)力 發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)子還通過(guò)四象限整流逆變電路5與電網(wǎng)1連接，變頻器2和四象限整流逆變 電路5還連接有一控制模塊6?？刂颇K6如圖2所示，控制模塊6包括微處理器101以及分別與微處理器101連 接的控制臺(tái)102和信號(hào)采集模塊105。微處理器101還分別通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電路103和第二 驅(qū)動(dòng)電路104與變頻器102和四象限整流逆變電路5連接。信號(hào)采集模塊105采集雙饋風(fēng) 力發(fā)電機(jī)4的狀態(tài)數(shù)據(jù)并傳送給微處理器101，微處理器101將信號(hào)采集模塊105的數(shù)據(jù)進(jìn) 行處理，顯示于控制臺(tái)102上，控制臺(tái)102向第一驅(qū)動(dòng)電路103和第二驅(qū)動(dòng)電路104分別發(fā) 出信號(hào)以驅(qū)動(dòng)變頻器102和四象限整流逆變電路105工作。其具體過(guò)程是信號(hào)采集模塊 105采集的的數(shù)據(jù)包括定子電流、定子電壓、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)子電壓和電機(jī)轉(zhuǎn)速，這五個(gè)數(shù)據(jù)主 要來(lái)自變頻器2和四象限整流逆變電路5以及電機(jī)編碼器，操作人員根據(jù)這五個(gè)數(shù)據(jù)，可在 控制臺(tái)2上設(shè)定參數(shù)，這些參數(shù)包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率、相位和幅值，發(fā)電機(jī)定子 電流，電動(dòng)機(jī)的電壓、電流和轉(zhuǎn)速。通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn)速可模擬風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，而后調(diào) 節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電流可實(shí)現(xiàn)變速恒頻的目的。這樣通過(guò)參數(shù)的設(shè)置就可模擬風(fēng)力 發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。以上的微處理器101可采用一般的工業(yè)控制器，如可編程控制器PLC、PCC或者單片機(jī)。本發(fā)明的最優(yōu)方案中該微處理器101采用西門(mén)子S7-300可編程控制器。以上控制臺(tái)102實(shí)際上是一人機(jī)界面，在其上設(shè)定控制參數(shù)，控制參數(shù)是根據(jù)信 號(hào)采集模塊105采集到雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)4的狀態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)定，控制參數(shù)包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì) 磁電流的頻率、相位和幅值，發(fā)電機(jī)定子電流以及電動(dòng)機(jī)的電壓、電流和轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的控 制臺(tái)102最優(yōu)方案是采用西門(mén)子MP277人機(jī)界面觸摸屏，該觸摸屏直接與微處理器-西門(mén) 子S7-300PLC進(jìn)行通信，傳感器采集到的各種數(shù)據(jù)經(jīng)PLC處理后可直接顯示在該觸摸屏上。 在系統(tǒng)搭建過(guò)程中，采用西門(mén)子組態(tài)軟件對(duì)該人機(jī)界面進(jìn)行組態(tài)，根據(jù)系統(tǒng)的功能，本發(fā)明 中共組態(tài)3個(gè)模塊，即系統(tǒng)啟停模塊，參數(shù)設(shè)置模塊，系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控模塊。系統(tǒng)起停模塊組 態(tài)3個(gè)按鈕啟動(dòng)，停止和急停，其中急停用于系統(tǒng)出現(xiàn)突發(fā)故障的情況。參數(shù)設(shè)置模塊中 可設(shè)置變頻器2和四象限整流逆變電路5的參數(shù)，包括控制方式的設(shè)置，最低運(yùn)行頻率，最 高運(yùn)行頻率，載波頻率，電機(jī)參數(shù)(額定功率、電壓、電流、轉(zhuǎn)速、最大頻率)，跳頻參數(shù)。系統(tǒng) 運(yùn)行監(jiān)控模塊中的監(jiān)控對(duì)象有定子電壓，定子電流，轉(zhuǎn)子電壓，轉(zhuǎn)子電流，電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)溫 度，頻率，這些數(shù)據(jù)均可在該模塊中實(shí)時(shí)顯示，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)出現(xiàn)超額變動(dòng)時(shí)可直接 切換到參數(shù)設(shè)置模塊中修改參數(shù)，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
本發(fā)明的具體原理是變頻器2接于電網(wǎng)1上，通過(guò)不同的頻率設(shè)定來(lái)改變電動(dòng)機(jī) 3的轉(zhuǎn)速，而電動(dòng)機(jī)3運(yùn)行可以帶動(dòng)的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)4轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)發(fā)電，所以變頻器2和電動(dòng) 機(jī)3這兩個(gè)部分是用來(lái)模擬風(fēng)力發(fā)電中風(fēng)機(jī)的葉片，電動(dòng)機(jī)3的運(yùn)行表示葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，而受 變頻器控制的轉(zhuǎn)速的可變表示實(shí)際中風(fēng)速的變化。接于電動(dòng)機(jī)3后面的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)4 把轉(zhuǎn)換于風(fēng)能的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)4的定子輸出的電流直接回饋給電網(wǎng) 1，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)子由四象限整流逆變電路5控制，用來(lái)實(shí)現(xiàn)變速恒頻功能，整個(gè)系 統(tǒng)形成一個(gè)閉環(huán)回路。其中雙饋發(fā)電機(jī)4的定子直接接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組由頻率、相位、幅 值可調(diào)的四象限整流逆變電路5供給低頻勵(lì)磁電流，在轉(zhuǎn)子中形成一個(gè)低速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)， 這個(gè)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速相加等于定子磁場(chǎng)同步速，從而在發(fā)電機(jī)定子繞組中感應(yīng) 出同步轉(zhuǎn)速的工頻電壓；當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)轉(zhuǎn)速隨之變化，此時(shí)通過(guò)控制來(lái)改變轉(zhuǎn)子電流的頻 率，即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，以補(bǔ)償電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，這樣就達(dá)到變速恒頻的目的?？刂葡到y(tǒng) 6用來(lái)控制變頻器2和四象限整流逆變電路5，完成系統(tǒng)的控制功能。
權(quán)利要求
一種基于雙饋發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)，包括電網(wǎng)(1)、變頻器(2)和電動(dòng)機(jī)(3)，其特征在于還包括有雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)(4)和四象限整流逆變電路(5)，所述變頻器(2)的輸入端連接到電網(wǎng)(1)上，變頻器(2)的輸出端與電動(dòng)機(jī)(3)的輸入端連接，電動(dòng)機(jī)(3)的輸出軸與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)(4)的轉(zhuǎn)子連接，所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)(4)的定子連接到電網(wǎng)(1)上，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)(4)的轉(zhuǎn)子還通過(guò)四象限整流逆變電路(5)與電網(wǎng)(1)連接，所述變頻器(2)和四象限整流逆變電路(5)還連接有一控制模塊(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙饋發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)，其特征在于所述控 制模塊(6)包括微處理器(101)以及分別與微處理器(101)連接的控制臺(tái)(102)和信號(hào)采 集模塊(105)，所述微處理器(101)還分別通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電路(103)和第二驅(qū)動(dòng)電路(104) 與變頻器(102)和四象限整流逆變電路(5)連接；所述信號(hào)采集模塊(105)采集雙饋風(fēng)力 發(fā)電機(jī)(4)的狀態(tài)數(shù)據(jù)并傳送給微處理器(101)，微處理器(101)將信號(hào)采集模塊(105)的 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，顯示于控制臺(tái)(102)上，控制臺(tái)(102)向第一驅(qū)動(dòng)電路(103)和第二驅(qū)動(dòng)電 路(104)分別發(fā)出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)變頻器(2)和四象限整流逆變電路(5)工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙饋發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)，其特征在于所述信 號(hào)采集模塊(105)采集雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)(4)的狀態(tài)數(shù)據(jù)包括定子電流、定子電壓、轉(zhuǎn)子電 流、轉(zhuǎn)子電壓和電機(jī)轉(zhuǎn)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙饋發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)，其特征在于控制臺(tái) (102)上設(shè)定控制參數(shù)，所述控制參數(shù)是根據(jù)信號(hào)采集模塊(105)采集到雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī) (4)的狀態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)定，控制參數(shù)包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率、相位和幅值，發(fā)電機(jī)定 子電流以及電動(dòng)機(jī)的電壓、電流和轉(zhuǎn)速。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙饋發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)，其特征在于所述微 處理器(101)是可編程控制器PLC、PCC或者單片機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于雙饋發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)，其特征在于所述微 處理器采用西門(mén)子S7-300可編程控制器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于雙饋發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)，包括一個(gè)變頻器2接于電網(wǎng)1后，采用電動(dòng)機(jī)3模擬風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)4接于電動(dòng)機(jī)3后面，由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行帶動(dòng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)出電能，電能由雙饋發(fā)電機(jī)的定子回饋給電網(wǎng)1，而雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由四象限整流逆變電路5來(lái)控制，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)變速恒頻功能，整個(gè)系統(tǒng)形成一個(gè)閉環(huán)回路。控制系統(tǒng)6用來(lái)控制變頻器2和四象限整流逆變電路5，完成系統(tǒng)的控制功能。模擬系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用電動(dòng)機(jī)模擬風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩進(jìn)行模擬試驗(yàn)，雙饋發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了變速恒頻控制，可實(shí)現(xiàn)用功功率、無(wú)功功率的靈活控制，對(duì)電網(wǎng)而言可起到無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔谩?br> 文檔編號(hào)H02P9/14GK101814744SQ20101014780
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者張玲, 胡世忠, 鄭恩讓, 高飛 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)