微电网半实物仿真系统及风力发电机闭环控制方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种微电网半实物仿真系统及风力发电机闭环控制方法，包括用于将模拟得到的风力发电机的输入参数发送至风力发电机仿真模块的输入参数控制模块、用于根据接收的输入参数进行仿真运行的风力发电机仿真模块，以及用于控制风力发电机仿真模块接入微电网模拟源及本地电网的并网模块。本发明专利技术更贴近实际情况的风力发电半实物仿真系统，减小模拟过程中产生的误差，且能够模拟多变的风力环境，同时增加了仿真系统的准确性。

Hardware in the loop simulation system of microgrid and closed loop control method of wind generator

The embodiment of the invention discloses a micro grid semi physical simulation system for wind power generator and closed loop control method, including the input parameters for the simulation of the wind turbine will be sent to the input parameters of wind turbine simulation module, control module for wind turbine simulation module simulation according to the input parameter of the received, as well as for the grid connected control module the wind turbine simulation module and simulation source access the local power grid microgrid. The invention is a wind power generation hardware in the loop simulation system which is closer to the actual situation, reduces the error generated in the simulation process, and can simulate the changeable wind environment, and simultaneously increases the accuracy of the simulation system.

【技术实现步骤摘要】
微电网半实物仿真系统及风力发电机闭环控制方法
本专利技术涉及风力发电系统仿真领域，具体涉及一种微电网半实物仿真系统及风力发电机闭环控制方法。
技术介绍
针对风电系统的实验方式主要包括三种：软件模拟实验、现场实验和半实物仿真实验。现场实验是最能反映真实工况的一种条件，获得的数据真实可靠，但实施成本高、难度大，不适合用于风电系统的科学研究中。因而多采用软件模拟或软件与半实物结合的模拟方式。完整的风电模拟系统包括风力发电机的实时仿真部分、机电随动部分和相应的模拟策略。习知技术如目前的风电系统仿真平台中，多使用模拟软件建模的方法进行风电机组测试。在此基础中，根据自回归模型进行风速建模，采用曲线拟合建立风力发电机的数学模型。目前针对风力发电机并网的仿真方法通常采用模拟软件对风力发电机、传动系统、发电机及负载等组成部分分别建模，风电机组的参数均通过理想模型推导得出，不能完全与实际风力环境下的状态相符。此外，由于风电机传动系统采用软件模拟，无法准确反映摩擦系数、惯量等影响因素的存在，发电机实际功率、转矩等数值会与真实情况存在偏差；且实施成本高、难度大，此外，由于外界环境的不稳定，容易造成安全风险。因此，现场实验不适合用于风电系统的科学研究中。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种微电网半实物仿真系统及风力发电机闭环控制方法，更贴近实际情况的风力发电半实物仿真系统，减小模拟过程中产生的误差，且能够模拟多变的风力环境，同时增加了仿真系统的准确性。为解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种微电网半实物仿真系统，包括：依次连接的输入参数控制模块、风力发电机仿真模块及并网模块；所述输入参数控制模块，用于将模拟得到的风力发电机的输入参数发送至所述风力发电机仿真模块；所述风力发电机仿真模块，用于根据接收的所述输入参数进行仿真运行；所述并网模块，用于控制所述风力发电机仿真模块接入微电网模拟源及本地电网。进一步的，所述输入参数控制模块包括：风力发电机实时模拟器、直流电机控制器及供电电源；所述风力发电机实时模拟器用于根据风力电动机的输出参数，采用风力发电机闭环控制方法获取所述风力发电机的输入参数，并将所述输入参数发送至直流电机控制器；所述直流电机控制器根据所述输入参数控制所述风力发电机仿真模块进行仿真运行；所述供电电源分别连接所述风力发电机实时模拟器及直流电机控制器；其中，所述输出参数包括不同的风力环境、风力电动机的输出转矩与转速；所述输入参数包括电枢电流和转速。进一步的，所述风力发电机仿真模块包括：依次连接的直流电动机、传动机构及发电机；所述直流电动机与所述直流电机控制器通信连接，且根据所述直流电机控制器发送的输入参数模拟所述风力电动机的运行，使得所述直流电动机的输出功率和输出转矩与所述风力电动机相同；所述传动机构的两侧分别连接所述直流电动机及发电机的转动端；所述发电机根据所述传动机构与直流电动机的同步运行产生幅值和频率变化的交流电，并将该幅值和频率变化的交流电传输至所述并网模块。进一步的，所述直流电动机上设有速度传感器，且所述速度传感器与所述直流电机控制器通信连接，将所述直流电动机在运行时的速度和加速度发送至所述直流电机控制器。进一步的，所述传动机构为齿轮箱，且所述齿轮箱将所述直流电动机产生的动作传递给所述发电机的转动端。进一步的，所述并网模块包括：分别连接至电网的逆变器、微电网实时模拟器、发电机控制器及RLC防孤岛负载；所述逆变器的一端与发电机的输出端连接，另一端分别连接所述微电网实时模拟器，且所述逆变器将接收的幅值和频率变化的交流电通过变流系统转换为直流电能，再将所述直流电能转换为与本地电网同频率且同相位的正弦波电流，并输入本地电网；所述发电机控制器与所述发电机通信连接；所述微电网实时模拟器用于设置电网变化参数；所述RLC防孤岛负载的孤岛模式为主动防孤岛和被动防孤岛相结合的模式；其中，所述电网变化参数包括：频率漂移及电压突变参数。进一步的，所述直流电动机为无刷直流电机BLDCM。另一方面，本专利技术提供了一种基于所述的系统的风力发电机闭环控制方法，包括：步骤1.所述风力发电机实时模拟器根据所述速度传感器获取直流电动机的转速及预设的齿轮变速比，确定所述风力发电机的转速；步骤2.所述风力发电机根据所述风力发电机的转速及预设风速计算得到所述风力发电机的气动转矩；步骤3.所述风力发电机实时模拟器将所述风力发电机的气动转矩发送至所述直流电机控制器。进一步的，所述方法还包括：步骤4.所述直流电机控制器根据所述风力发电机的气动转矩调节直流电动机的电枢电压，使得所述风力发电机仿真模块的输出转矩与风力发电机的气动转矩相同。进一步的，所述步骤1之前还包括：步骤0.根据所述直流电动机的反电动势、相电流与转速，确定所述风力发电机的电磁转矩反馈值；其中，所述相电流根据设置在所述直流电动机上的相电流传感器与转速传感器获取，所述反电动势根据设置在所述直流电动机上的滑膜观测器获取。由上述技术方案可知，本专利技术所述的一种微电网半实物仿真系统，包括用于将模拟得到的风力发电机的输入参数发送至风力发电机仿真模块的输入参数控制模块、用于根据接收的输入参数进行仿真运行的风力发电机仿真模块，以及用于控制风力发电机仿真模块接入微电网模拟源及本地电网的并网模块。本专利技术更贴近实际情况的风力发电半实物仿真系统，减小模拟过程中产生的误差，且能够模拟多变的风力环境，同时增加了仿真系统的准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一中的一种微电网半实物仿真系统的一种具体实施例的结构示意图；图2是本专利技术实施例二中输入参数控制模块10的一种具体实施例的结构示意图；图3是本专利技术实施例三中风力发电机仿真模块20的一种具体实施例的结构示意图；图4是本专利技术实施例四中并网模块30的一种具体实施例的结构示意图；图5是本专利技术实施例五中的风力发电机闭环控制方法的一种具体实施例的流程示意图；图6是本专利技术具体应用例中的一种微电网半实物仿真系统的结构示意图；图7是本专利技术具体应用例中的电机转矩T与气动转矩T关系示意图；图8是本专利技术具体应用例中的模拟电机转矩与气动转矩关系示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例一提供了一种微电网半实物仿真系统的一种具体实施方式。参见图1，该仿真系统具体包括如下内容：依次连接的输入参数控制模块10、风力发电机仿真模块20及并网模块30。所述输入参数控制模块10，用于将模拟得到的风力发电机23的输入参数发送至所述风力发电机仿真模块20。在输入参数控制模块10中，用风力发电机实时模拟器11设定不同的风力环境，根据风力发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微电网半实物仿真系统，其特征在于，包括：依次连接的输入参数控制模块、风力发电机仿真模块及并网模块；所述输入参数控制模块，用于将模拟得到的风力发电机的输入参数发送至所述风力发电机仿真模块；所述风力发电机仿真模块，用于根据接收的所述输入参数进行仿真运行；所述并网模块，用于控制所述风力发电机仿真模块接入微电网模拟源及本地电网。

【技术特征摘要】
1.一种微电网半实物仿真系统，其特征在于，包括：依次连接的输入参数控制模块、风力发电机仿真模块及并网模块；所述输入参数控制模块，用于将模拟得到的风力发电机的输入参数发送至所述风力发电机仿真模块；所述风力发电机仿真模块，用于根据接收的所述输入参数进行仿真运行；所述并网模块，用于控制所述风力发电机仿真模块接入微电网模拟源及本地电网。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输入参数控制模块包括：风力发电机实时模拟器、直流电机控制器及供电电源；所述风力发电机实时模拟器用于根据风力电动机的输出参数，采用风力发电机闭环控制方法获取所述风力发电机的输入参数，并将所述输入参数发送至直流电机控制器；所述直流电机控制器根据所述输入参数控制所述风力发电机仿真模块进行仿真运行；所述供电电源分别连接所述风力发电机实时模拟器及直流电机控制器；其中，所述输出参数包括不同的风力环境、风力电动机的输出转矩与转速；所述输入参数包括电枢电流和转速。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述风力发电机仿真模块包括：依次连接的直流电动机、传动机构及发电机；所述直流电动机与所述直流电机控制器通信连接，且根据所述直流电机控制器发送的输入参数模拟所述风力电动机的运行，使得所述直流电动机的输出功率和输出转矩与所述风力电动机相同；所述传动机构的两侧分别连接所述直流电动机及发电机的转动端；所述发电机根据所述传动机构与直流电动机的同步运行产生幅值和频率变化的交流电，并将该幅值和频率变化的交流电传输至所述并网模块。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述直流电动机上设有速度传感器，且所述速度传感器与所述直流电机控制器通信连接，将所述直流电动机在运行时的速度和加速度发送至所述直流电机控制器。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述传动机构为齿轮箱，且所述齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠途，李尚宇，董方敏，任东，许旭东，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42