直驱式永磁风力发电系统能量转换系统技术方案

本实用新型专利技术提供了直驱式永磁风力发电系统能量转换系统，其包括主控柜、并网柜、能量对拖台和配电柜；主控柜包括PLC、拖动变频器、UPS、数字电能检测表和HMI；并网柜包括信号采集板、全功率变流器、电能质量检测表和电抗器；能量对拖台包括交流异步电动机、永磁同步发电机和同轴联轴器；PLC一端连接上位机，另一端连接变频器；变频器连接电动机，电动机与永磁同步发电机之间通过同轴联轴器相连，永磁同步发电机连接全功率变流器；电抗器连接变频器的进线端；电能质量检测表连接永磁同步发电机。本实用新型专利技术的能量转换系统可进行永磁风机应用操作，且适用于微电网实验室替代永磁风机。

【技术实现步骤摘要】
直驱式永磁风力发电系统能量转换系统
本技术涉及风力发电技术，尤其涉及一种直驱式永磁风力发电系统能量转换系统。
技术介绍
目前国家环境污染严重，煤炭等常规能源日益紧缺，风能作为绿色的清洁能源备受关注，开发利用风能尤为重要，风能具有普遍性，清洁型是可再生的能源，与其他新能源相比风能的利用率最高，因而对于风力发电技术的研究就更为重要，现阶段风力发电机组的主流技术是变速恒频发电机组，而直驱式永磁风力发电机组是风力机直接和发电机转子相连驱动永磁同步发电机运行，再通过全功率变流器变流之后实现并网。整个系统控制相比双馈风力发电机组器控制系统相对来说简单，机组的整体结构简单，而且部件减少维修率降低，系统可靠性高，效率高。然而目前我国对永磁直驱风力发电机组的研究还在初步阶段，其控制系统的优化和输出电能的质量保证是研究重点，且变流器系统是永磁直驱风电机组中很重要的一部分，即变流器部分的控制需要深入的研究来提高电能质量。所以研究低速永磁直驱风力发电系统模拟系统对推动风电研究具有深远意义，其一，风电现场实验条件比较苛刻，调试困难。其二，可加快研究进程，减少研究经费，优化控制策略。搭建这一模拟系统不仅可以进行前期研究和后期实验而且还可以将其用做微电网中的交流电源。为了提高低速永磁直驱发电系统的效率，其控制技术的研究迫在眉睫，现阶段最为突出的问题是全功率变流器的有效控制问题，现阶段大部分试验台忽略了其动态特性问题。
技术实现思路
在下文中给出了关于本技术的简要概述，以便提供关于本技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本技术的穷举性概述。它并不是意图确定本技术的关键或重要部分，也不是意图限定本技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。鉴于此，本技术提供了一种直驱式永磁风力发电系统能量转换系统，其目的是解决如何实现有功功率和无功功率解耦控制以及实现在跟踪最佳风功率曲线下的并网问题。根据本技术的一个方面，提供了一种直驱式永磁风力发电系统能量转换系统，所述直驱式永磁风力发电系统能量转换系统包括主控柜、并网柜、能量对拖台和配电柜；所述主控柜包括PLC(ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器)、拖动变频器、UPS(UninterruptiblePowerSystem/UninterruptiblePowerSupply，不间断电源)、数字电能检测表和HMI(HumanMachineInterface，人机界面)；所述并网柜包括信号采集板、全功率变流器、电能质量检测表和电抗器，其中，所述信号采集板包括机侧电压测量板和网侧电压测量板，而所述全功率变流器包括网侧变流器和机侧变流器；所述能量对拖台包括交流异步电动机、永磁同步发电机和同轴联轴器；所述PLC的一端连接上位机，所述PLC的另一端连接所述拖动变频器；所述拖动变频器连接所述交流异步电动机，所述交流异步电动机与所述永磁同步发电机之间通过所述同轴联轴器相连，所述永磁同步发电机连接所述全功率变流器；所述电抗器连接所述拖动变频器的进线端；所述机侧电压测量板连接所述机侧变流器，所述网侧电压测量板连接所述网侧变流器；所述电能质量检测表连接所述永磁同步发电机；所述配电柜用于向所述主控柜和所述并网柜提供电源；所述电源接入UPS用于给所述主控柜及所述并网柜的控制系统提供220V的不间断交流电，所述数字电能检测表用于检测进线电源的电压和电流；所述HMI连接所述电能质量检测表，所述电能质量检测表还连接所述全功率变流器。进一步地，所述直驱式永磁风力发电系统能量转换系统还包括操作台，所述交流异步电动机与所述永磁同步发电机紧固在所述操作台上。进一步地，所述PLC通过Modubus通讯接口与所述上位机连接。进一步地，所述拖动变频器接有制动电阻，所述制动电阻用于在所述交流异步电动机停机过程中消耗电能。进一步地，所述交流异步电动机接有光电编码器，所述光电编码器用于获取所述交流异步电动机的转速信号，并将该转速信号发给所述PLC。本技术的直驱式永磁风力发电系统能量转换系统，具有以下有益效果：一、有功能多样性的特点，可以进行风速模拟、空载实验、持续并网发电、有功无功功率控制、发电功率模拟、脱网保护模拟等应用，还可以用作交流电源，通过功率控制可人为在发电容量范围内给定预想要的发电功率；二、本系统具有动态特性能实现能量的转换，还提供人机界面，使用户和操作者能直观的认识和了解永磁直驱风力发电的过程和各个参数；该系统还可以不仅可以用于并网而且还可以单独用于独立的电源，实现任意给定能量的输出这是现有技术不能达到的；三、可以把在实际风场检测的风模型曲线导入到本系统，模拟风功率应用；四、可以灵活的改变其中参数，模拟不同参数、容量大小的系统有便于二次开发使用。通过以下结合附图对本技术的最佳实施例的详细说明，本技术的这些以及其他优点将更加明显。附图说明本技术可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本技术的优选实施例和解释本技术的原理和优点。在附图中：图1为本技术的直驱式永磁风力发电系统能量转换系统的整体结构示意图；图2为应用本技术的直驱式永磁风力发电系统能量转换系统时的一种可能的系统控制结构的示意图。本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本技术实施例的理解。具体实施方式在下文中将结合附图对本技术的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本技术，在附图中仅仅示出了与根据本技术的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本技术关系不大的其他细节。本技术的实施例提供了一种直驱式永磁风力发电系统能量转换系统，所述直驱式永磁风力发电系统能量转换系统包括主控柜、并网柜、能量对拖台和配电柜；所述主控柜包括PLC、拖动变频器、UPS、数字电能检测表和HMI；所述并网柜包括信号采集板、全功率变流器、电能质量检测表和电抗器，其中，所述信号采集板包括机侧电压测量板和网侧电压测量板，而所述全功率变流器包括网侧变流器和机侧变流器；所述能量对拖台包括交流异步电动机、永磁同步发电机和同轴联轴器；所述PLC的一端连接上位机，所述PLC的另一端连接所述拖动变频器；所述拖动变频器连接所述交流异步电动机，所述交流异步电动机与所述永磁同步发电机之间通过所述同轴联轴器相本文档来自技高网...

【技术保护点】
直驱式永磁风力发电系统能量转换系统，其特征在于，所述直驱式永磁风力发电系统能量转换系统包括主控柜、并网柜、能量对拖台和配电柜；所述主控柜包括PLC、拖动变频器、UPS、数字电能检测表和HMI；所述并网柜包括信号采集板、全功率变流器、电能质量检测表和电抗器，其中，所述信号采集板包括机侧电压测量板和网侧电压测量板，而所述全功率变流器包括网侧变流器和机侧变流器；所述能量对拖台包括交流异步电动机、永磁同步发电机和同轴联轴器；所述PLC的一端连接上位机，所述PLC的另一端连接所述拖动变频器；所述拖动变频器连接所述交流异步电动机，所述交流异步电动机与所述永磁同步发电机之间通过所述同轴联轴器相连，所述永磁同步发电机连接所述全功率变流器；所述电抗器连接所述拖动变频器的进线端；所述机侧电压测量板连接所述机侧变流器，所述网侧电压测量板连接所述网侧变流器；所述电能质量检测表连接所述永磁同步发电机；所述配电柜用于向所述主控柜和所述并网柜提供电源；所述电源接入UPS用于给所述主控柜及所述并网柜的控制系统提供220V的不间断交流电，所述数字电能检测表用于检测进线电源的电压和电流；所述HMI连接所述电能质量检测表，所述电能质量检测表还连接所述全功率变流器。...

【技术特征摘要】
1.直驱式永磁风力发电系统能量转换系统，其特征在于，所述直驱式永磁风力发电系统能量转换系统包括主控柜、并网柜、能量对拖台和配电柜；所述主控柜包括PLC、拖动变频器、UPS、数字电能检测表和HMI；所述并网柜包括信号采集板、全功率变流器、电能质量检测表和电抗器，其中，所述信号采集板包括机侧电压测量板和网侧电压测量板，而所述全功率变流器包括网侧变流器和机侧变流器；所述能量对拖台包括交流异步电动机、永磁同步发电机和同轴联轴器；所述PLC的一端连接上位机，所述PLC的另一端连接所述拖动变频器；所述拖动变频器连接所述交流异步电动机，所述交流异步电动机与所述永磁同步发电机之间通过所述同轴联轴器相连，所述永磁同步发电机连接所述全功率变流器；所述电抗器连接所述拖动变频器的进线端；所述机侧电压测量板连接所述机侧变流器，所述网侧电压测量板连接所述网侧变流器；所述电能质量检测表连接所述永磁同步发电机；所述配电柜用于向所述主控柜和所述并网柜提供电源；所述电源接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张飞，任晓颖，李思泽，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：新型
国别省市：内蒙古,15