基于双馈发电机的动模双向风电能量转换实验台及实验方法技术

本发明专利技术提供一种基于双馈发电机的动模双向风电能量转换实验台，其特征在于：该实验台包括PLC控制柜、异步电机、双馈发电机、全功率变流器、馈电柜、背靠背变流器、配电变压器及电能质量测量仪器。本发明专利技术填补了已有实验台的不足之处，以满足多方位的教学需求，实现一个关于风力发电的多功能实验台，它可以实现两种发电模式及两种变流器结构的相关实验，在操作之前可以在PC机种选择其中的一种发电方案，其检测实验范围包括从原始的风到所发出电的电能质量。让实验人员能够更加深入的了解风力发电的相关原理及相关的控制技术。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种基于双馈发电机的动模双向风电能量转换实验台，其特征在于：该实验台包括PLC控制柜、异步电机、双馈发电机、全功率变流器、馈电柜、背靠背变流器、配电变压器及电能质量测量仪器。本专利技术填补了已有实验台的不足之处，以满足多方位的教学需求，实现一个关于风力发电的多功能实验台，它可以实现两种发电模式及两种变流器结构的相关实验，在操作之前可以在PC机种选择其中的一种发电方案，其检测实验范围包括从原始的风到所发出电的电能质量。让实验人员能够更加深入的了解风力发电的相关原理及相关的控制技术。【专利说明】
:本专利技术属于风力发电的高教仪器设备领域。尤其涉及一种风力发电能量转换及电能质量检测动模实验台及实验方法。
技术介绍
: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实验。但是受环境、自然因素、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。随着风力发电的快速发展，越来越多的大功率风机的并入电网，使得电网电能质量严重降低。从而使风电的电能质量问题及其解决措施逐渐成为研究的热点。要对电网的电能质量进行改善，首先要对电能质量做出精确的检测和分析，测量电网的电能质量水平，并分析和判断造成各种电能质量问题的原因，为电能质量的改善提供依据。所以对电能质量的检测和分析很有必要。到目前为止，现有的实验台大多是单向的，只能完成一种发电系统的相关实验，经济性不好，性价比不是很高，且效果差。
技术实现思路
:专利技术目的:本专利技术提供了一种，其目的是解决以往的实验台所存在的功能单一、经济性不好、性价比低和效果差的问题。技术方案:本专利技术是通过以下技术方案实现的:一种基于双馈发电机的动模双向风电能量转换实验台，其特征在于:该实验台包括PLC控制柜、异步电机、双馈发电机、全功率变流器、馈电柜、背靠背变流器、配电变压器及电能质量测量仪器；PLC控制柜连接至变频器，变频器连接至异步电机，异步电机与双馈发电机的轴相连并可以互逆发电，异步电机连接至全功率变流器，全功率变流器连接至馈电柜，馈电柜连接至配电变压器，配电变压器连接至变频器；双馈发电机一方面也连接至馈电柜，另一方面与背靠背变流器连接；PLC控制柜分别与全功率变流器和背靠背变流器连接；PLC控制柜连接PC机。全功率变流器和双馈发电机均通过并网/拖动开关柜连接至馈电柜。在背靠背变流器和全功率变流器之后分别连接一个相同的电能质量测量仪器，电能质量测量仪器包括电能质量分析仪、功率测量仪和波形示波仪。分别在双馈风力发电机的转子侧与背靠背变流器之间并联一个保护变流器和直流电源的crowbar保护电路；全功率变流器中间并接一个chopper泄放电路；在异步电机与双馈发电机之间还装有一个转矩转速测量仪。利用上述的基于双馈发电机的动模双向风电能量转换实验台所实施的实验方法，其特征在于:该方法分为两种并列的方法，一种是利用双馈发电机发电，另一种是选择异步电机发电，具体步骤如下:当选择双馈发电机发电时，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，然后通过PLC控制柜去全功率变流器驱动异步电机，通过异步电机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双馈风力发电机组并网发电，此时，电能质量测量仪器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PC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、并网的过程；当选择发电方式为异步发电机发电时，双馈发电机的并网开关柜中的并网开关柜接通，通过PLC控制柜给全功率变流器传送指令，再通过控制背靠背变流器去改变双馈发电机转子的励磁电流，从而改变转子转速，当达到并网速度时并且相序一致时可将异步发电机组并网发电此时，电能质量测量仪器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PC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、并网的过程。该实验台的变流器控制策略如下: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Ps、定子侧无功功率Qs、电磁转矩Te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，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irq的误差通过PI调节器转化为电压指令，根据电压指令判断电压矢量所处的扇区，从开关是量表中选择最优的电压矢量以控制发电机的有功无功功率跟踪所给指令的变化，其中定子侧有功功率Ps、定子侧无功功率Qs、电磁转矩Te和转子转速与转子电流的关系为:【权利要求】1.一种基于双馈发电机的动模双向风电能量转换实验台，其特征在于:该实验台包括PLC控制柜、异步电机、双馈发电机、全功率变流器、馈电柜、背靠背变流器、配电变压器及电能质量测量仪器；PLC控制柜连接至变频器，变频器连接至异步电机，异步电机与双馈发电机的轴相连并可以互逆发电，异步电机连接至全功率变流器，全功率变流器连接至馈电柜，馈电柜连接至配电变压器，配电变压器连接至变频器；双馈发电机一方面也连接至馈电柜，另一方面与背靠背变流器连接；PLC控制柜分别与全功率变流器和背靠背变流器连接；PLC控制柜连接PC机。2.根据权利要求1所述的基于双馈发电机的动模双向风电能量转换实验台，其特征在于:全功率变流器和双馈发电机均通过并网/拖动开关柜连接至馈电柜。3.根据权利要求2所述的基于双馈发电机的动模双向风电能量转换实验台，其特征在于:在背靠背变流器和全功率变流器之后分别连接一个相同的电能质量测量仪器，电能质量测量仪器包括电能质量分析仪、功率测量仪和波形示波仪。4.根据权利要求1或3所述的基于双馈发电机的动模双向风电能量转换实验台，其特征在于:分别在双馈风力发电机的转子侧与背靠背变流器之间并联一个保护变流器和直流电源的crowbar保护电路；全功率变流器中间并接一个chopper泄放电路；在异步电机与双馈发电机之间还装有一个转矩转速测量仪。5.利用上述的基于双馈发电机的动模双向风电能量转换实验台所实施的实验方法，其特征在于:该方法分为两种并列的方法，一种是利用双馈发电机发电，另一种是选择异步电机发电，具体步骤如下: 当选择双馈发 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，然后通过PLC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双馈发电机的动模双向风电能量转换实验台，其特征在于：该实验台包括PLC控制柜、异步电机、双馈发电机、全功率变流器、馈电柜、背靠背变流器、配电变压器及电能质量测量仪器；PLC控制柜连接至变频器，变频器连接至异步电机，异步电机与双馈发电机的轴相连并可以互逆发电，异步电机连接至全功率变流器，全功率变流器连接至馈电柜，馈电柜连接至配电变压器，配电变压器连接至变频器；双馈发电机一方面也连接至馈电柜，另一方面与背靠背变流器连接；PLC控制柜分别与全功率变流器和背靠背变流器连接；PLC控制柜连接PC机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邢作霞，杨俊友，钟明方，姜立兵，井艳军，张忠丛，王青林，田艳丰，陈韶宇，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21