一种基于双馈异步发电机的风电机组仿真系统技术方案

本发明专利技术是关于一种基于双馈异步发电机的风电机组仿真系统，包括变桨距控制器、双向脉宽调制型变频器、电网调度模拟控制器、风力机模拟器、拖动变频器、变频异步拖动电机和双馈异步发电机。本发明专利技术提供的仿真系统，在变桨距控制器以及双馈异步发电机控制器的耦合控制下能随风速变化自动实现最大功率的输出；通过电网调度控制器可自动模拟电网要求的有功和无功输出，或手动调整调整风电机组的功率曲线，手动模拟电网调度；通过电网调度控制器还可该手动更改桨距角PI控制器的增益表；利用电网调度控制器内的显示单元可使实验人员深入了解风力发电系统对不同增益和电网调度的反应过程。

A simulation system of wind turbine based on doubly fed induction generator

The present invention relates to a wind turbine simulation system based on doubly fed induction generator, including pitch controller, PWM inverter, bi-directional power dispatching simulation controller, wind turbine simulator, inverter, variable frequency induction motor drive and double fed induction generator. The simulation system provided by the invention, the variable pitch controller and coupling control of doubly fed induction generator controller can automatically change with wind speed maximum output power; by dispatching the controller can automatically simulate power requirements of active and reactive power output curve or the manual adjustment adjustment rectification power unit, manual simulation grid by scheduling; grid scheduling controller can also manually change the pitch angle of the PI controller gain table; use display grid scheduling within the controller unit can make experimental personnel in-depth understanding of reaction process of wind power generation system for power grid dispatching and different gain.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双馈异步发电机的风电机组仿真系统
本专利技术涉及风力发电
，尤其涉及一种基于双馈异步发电机的风电机组仿真系统。
技术介绍
风力发电作为一种有效的可再生能源利用形式，近年来越来越受到关注。通过对风力发电系统的运行进行现场验证，可对风力发电系统的控制策略及系统软硬件进行验证，进而做出适应性调整。但是大量的现场验证需要耗费较多的人力和物力资源，且部分验证项目如风电场对电网调度的响应难以在风力发电现场进行，因此，为高效的对风力发电系统的控制策略及系统软硬件进行验证，目前，通常采用风力发电实验室模拟系统对风力发电系统进行模拟验证。现有技术中的风力发电实验室模拟系统通常包括上位机、模拟风轮和试验对象电机，其中模拟风轮包括变频器和异步电机，变频器分别与上位机、异步电机和试验对象电机相连，异步电机和试验对象电机相连。模拟方法为建立风的数学模型、确定风轮动力特性方程和计算传递函数，由上位机通过软件模块对风力发电系统的运行进行模拟。上述模拟试验方法可模拟风机气动特性(跟踪转矩-转速曲线)、MPPT控制、桨距角控制等常规特性，但是对风力发电系统响应电网调度时的响应特性、稳定性和并网电能质量等问题没有涉及，不能准确地反应实际整个风力发电系统的特性。而且，系统控制算法调试不灵活，算法更改后没有直观的变化感受，不利于实验人员对风电机组控制过程和控制算法的掌握。
技术实现思路
为克服相关技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于双馈异步发电机的风电机组仿真系统。本专利技术实施例提供一种基于双馈异步发电机的风电机组仿真系统，包括变桨距控制器、双向脉宽调制型变频器、电网调度模拟控制器、风力机模拟器、拖动变频器、变频异步拖动电机和双馈异步发电机，其中：所述电网调度模拟控制器，用于设置所述双馈异步发电机的设定功率；所述双向脉宽调制型变频器，与所述电网调度模拟控制器连接，用于采集所述设定功率、并将所述设定功率发送到所述双馈异步发电机；所述双馈异步发电机，分别与电网、所述变桨距控制器、电网调度模拟控制器和风力机模拟器连接，用于根据所述设定功率调整转速、并将转速信号发送到所述变桨距控制器、电网调度模拟控制器和风力机模拟器；所述变桨距控制器，与所述风力机模拟器连接，用于根据所述转速信号计算得到桨距角信号、并将所述桨距角信号发送到所述风力机模拟器；所述风力机模拟器，与所述拖动变频器连接，用于根据所述转速信号和桨距角信号生成控制信号、并将所述控制信号发送到所述拖动变频器；所述拖动变频器，分别与所述电网和变频异步拖动电机连接，用于根据所述控制信号对所述变频异步拖动电机的转动进行控制；所述变频异步拖动电机，与所述双馈异步发电机连接，用于模拟风力发电机风轮转矩。优选地，所述变频异步拖动电机通过联轴器与所述双馈异步发电机连接。优选地，还包括功率变送装置，所述功率变送装置，分别与所述双馈异步发电机和电网调度模拟控制器连接，用于获取所述双馈异步发电机的输出功率、并将所述输出功率发送至所述电网调度模拟控制器。优选地，所述电网调度模拟控制器包括数字信号处理单元、显示单元和输入单元，其中：所述输入单元，用于对风电机组的功率曲线、变桨距控制器的增益表和电网调度模拟程序进行设置；所述数字信号处理单元，与所述输入单元连接，用于存储所述功率曲线、增益表和电网调度模拟程序并根据所述输入单元的设置进行更改，用于计算所述设定功率、并将所述设定功率分别发送给所述双向脉宽调制型变频器和显示单元，还用于将所述输出功率发送给所述显示单元；所述显示单元，分别与所述输入单元和数字信号处理单元连接，用于将所述输出功率和设定功率在同一时间轴上进行显示。优选地，所述电网调度模拟控制器的工作方式包括，自动模式：所述电网调度模拟控制器接收所述双馈异步发电机的转速信号，并根据所述数字信号处理单元中存储的功率曲线得到有功功率，根据所述数字信号处理单元中存储的电网调度模拟程序得到无功功率，将包含所述有功功率和无功功率的所述设定功率发送给所述双向脉宽调制型变频器；手动模式：所述电网调度模拟控制器根据所述输入单元对所述功率曲线的设置得到所述有功功率，根据所述数字信号处理单元中存储的电网调度模拟程序得到无功功率，将包含所述有功功率和无功功率的所述设定功率发送给所述双向脉宽调制型变频器。优选地，所述手动模式还包括：所述电网调度模拟控制器(3)根据所述输入单元对所述增益表的设置更改所述增益表。本专利技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本专利技术实施例提供的基于双馈异步发电机的风电机组仿真系统，包括变桨距控制器、双向脉宽调制型变频器、电网调度模拟控制器、风力机模拟器、拖动变频器、变频异步拖动电机、功率变送装置和双馈异步发电机电网调度模拟控制器，电网调度模拟控制器与双向脉宽调制型变频器连接，通过电网调度模拟控制器可模拟风电发电系统对电网调度的响应特性；利用变桨距控制器输出风力机桨距角，可结合风力机的气动特性模拟风力机的转矩和转速，更贴近实际应用工况，全面检测风力发电系统的稳定性和可靠性。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于双馈异步发电机的风电机组仿真系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的电网调度模拟控制器的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的基于双馈异步发电机的风电机组仿真系统的实施原理示意图；图1-3中，符号表示为：1-变桨距控制器，2-双向脉宽调制型变频器，3-电网调度模拟控制器，31-数字信号处理单元，32-显示单元，33-输入单元，4-风力机模拟器，5-拖动变频器，6-变频异步拖动电机，7-功率变送装置，8-双馈异步发电机。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。图1是根据一示例性实施例示出的一种基于双馈异步双馈异步发电机8的风电机组仿真系统的结构示意图，如图1所示，本专利技术实施例提供的基于双馈异步双馈异步发电机8的风电机组仿真系统，包括变桨距控制器1、双向脉宽调制型变频器2、电网调度模拟控制器3、风力机模拟器4、拖动变频器5、变频异步拖动电机6、功率变送装置7和双馈异步发电机8。具体的，变桨距控制器1与风力机模拟器4连接，均集成于PLC(ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器)内。风力机模拟器4与拖动变频器5的输入端连接，拖动变频器5的输入端还与电网连接、输出端与变频异步拖动电机6的输入端连接，变频异步拖动电机6的输出端通过联轴器与双馈异步发电机8连接，双馈异步发电机8的定子与电网连接、转子通过双向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双馈异步发电机的风电机组仿真系统，其特征在于，包括变桨距控制器(1)、双向脉宽调制型变频器(2)、电网调度模拟控制器(3)、风力机模拟器(4)、拖动变频器(5)、变频异步拖动电机(6)和双馈异步发电机(8)，其中：所述电网调度模拟控制器(3)，用于设置所述双馈异步发电机(8)的设定功率；所述双向脉宽调制型变频器(2)，与所述电网调度模拟控制器(3)连接，用于采集所述设定功率、并将所述设定功率发送到所述双馈异步发电机(8)；所述双馈异步发电机(8)，分别与电网、所述变桨距控制器(1)、电网调度模拟控制器(3)和风力机模拟器(4)连接，用于根据所述设定功率调整转速、并将转速信号发送到所述变桨距控制器(1)、电网调度模拟控制器(3)和风力机模拟器(4)；所述变桨距控制器(1)，与所述风力机模拟器(4)连接，用于根据所述转速信号计算得到桨距角信号、并将所述桨距角信号发送到所述风力机模拟器(4)；所述风力机模拟器(4)，与所述拖动变频器(5)连接，用于根据所述转速信号和桨距角信号生成控制信号、并将所述控制信号发送到所述拖动变频器(5)；所述拖动变频器(5)，分别与所述电网和变频异步拖动电机(6)连接，用于根据所述控制信号对所述变频异步拖动电机(6)的转动进行控制；所述变频异步拖动电机(6)，与所述双馈异步发电机(8)连接，用于模拟风力发电机风轮转矩。...

【技术特征摘要】
1.一种基于双馈异步发电机的风电机组仿真系统，其特征在于，包括变桨距控制器(1)、双向脉宽调制型变频器(2)、电网调度模拟控制器(3)、风力机模拟器(4)、拖动变频器(5)、变频异步拖动电机(6)和双馈异步发电机(8)，其中：所述电网调度模拟控制器(3)，用于设置所述双馈异步发电机(8)的设定功率；所述双向脉宽调制型变频器(2)，与所述电网调度模拟控制器(3)连接，用于采集所述设定功率、并将所述设定功率发送到所述双馈异步发电机(8)；所述双馈异步发电机(8)，分别与电网、所述变桨距控制器(1)、电网调度模拟控制器(3)和风力机模拟器(4)连接，用于根据所述设定功率调整转速、并将转速信号发送到所述变桨距控制器(1)、电网调度模拟控制器(3)和风力机模拟器(4)；所述变桨距控制器(1)，与所述风力机模拟器(4)连接，用于根据所述转速信号计算得到桨距角信号、并将所述桨距角信号发送到所述风力机模拟器(4)；所述风力机模拟器(4)，与所述拖动变频器(5)连接，用于根据所述转速信号和桨距角信号生成控制信号、并将所述控制信号发送到所述拖动变频器(5)；所述拖动变频器(5)，分别与所述电网和变频异步拖动电机(6)连接，用于根据所述控制信号对所述变频异步拖动电机(6)的转动进行控制；所述变频异步拖动电机(6)，与所述双馈异步发电机(8)连接，用于模拟风力发电机风轮转矩。2.根据权利要求1所述的风电机组仿真系统，其特征在于，所述变频异步拖动电机(6)通过联轴器与所述双馈异步发电机(8)连接。3.根据权利要求1所述的风电机组仿真系统，其特征在于，还包括功率变送装置(7)，所述功率变送装置(7)，分别与所述双馈异步发电机(8)和电网调度模拟控制器(3)连接，用于获取所述双馈异步发电机(8)的输出功率、并将所述输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁俊宇，赵明，李萍，杨家全，李孟阳，邹京希，李浩涛，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南,53