永磁直驱风电机组的仿真装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术揭示了一种永磁直驱风电机组的仿真装置，包括风力发电机组和全功率变流器。风力发电机组包括桨距控制器、风力机、轴系控制器和永磁同步发电机，其中风力机具有风轮，桨距控制器调节风轮桨叶的角度，轴系控制器调节风轮输出轴转速，风力机驱动永磁同步发电机的转子。全功率变流器连接到永磁同步发电机，永磁同步发电机通过全功率变流器连接到电网。本实用新型专利技术的永磁直驱风电机组的仿真装置可以仿真实现以下功能：控制发电机与电网之间有功无功的交换、控制机组发出的有功功率追踪风电机组的最优运行点或者在高风速情况下限制风电机组出力。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及风电设备领域，尤其涉及一种永磁直驱风电机组的仿真装置。
技术介绍
1891年，第一台试验风机诞生，这预示着风力发电的开始。1897年，风机系统正式用于商业化。但此后，风力发电发展缓慢，直至上个世纪70年代的世界石油危机才使风力发电真正得到发展。美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源，投入了大量经费，利用计算机、空气动力学、结构力学和材料力学等领域的新技术研制现代风力发电机组，开创了风能利用的新时期。 近20年，发达国家在风力发电
已取得巨大的成就。并网运行的风力发电机组单机容量从最初的数十千瓦级已发展到兆瓦级；控制方式从单一的定桨距失速控制向全桨叶变距和变速恒频发展，运行可靠性从20世纪80年代初的50%，提高到98%以上，并且在风电场运行的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制。自1990年以来，世界风力发电累计装机容量平均每年增长超过20%，仅2005年世界新增装机就达到11769MW，其增长速度超过了任何一种电力增长的速度。风电机组有多种类型，常用的风电机组包括基于普通异步发电机的恒速风电机组、基于双馈感应发电机的变速风电机组和基于永磁同步发电机的直驱型变速风电机组。就风电的应用地区而言，可以分为陆上风电和海上风电。陆上风电要求有大片开阔的场地来搭建分机，对于人口稠密的沿海地区较难推广。而海上风带就适合在沿海地区应用。海上风电的特点是风速变化大、低风速状况多、对机组的稳定性和故障穿越能力要求更好。在常用的风机中，基于永磁同步发电机的直驱型变速风电机组比较适合于在海上应用。基于永磁同步发电机的直驱型变速风电机组(永磁直驱风机)采用变桨距控制。图I揭示了永磁直驱风机的结构图。如图I所示，永磁直驱风机100包括风轮102、多级低速永磁同步发电机104、全功率换流器106、包括直流电容和变压器的接入设备108、通过接入设备108接入电网110。全功率变流器106的解耦控制使得永磁直驱风机与电网在电气上完全解耦，其特性完全取决于变流器的控制系统及控制策略。永磁直驱风机的主要优点是无增速齿轮箱，具有更高的可靠性和效率；切入风速低，更能适应低风速运行；采用全功率变流器，并网冲击小，具有低电压穿越能力。永磁直驱风机的缺点是全功率换流器较复杂，整机装机前测试工作繁琐。
技术实现思路
本技术旨在提出一种永磁直驱风电机组的仿真装置。根据本技术的一实施例，提出一种永磁直驱风电机组的仿真装置，包括风力发电机组和全功率变流器。风力发电机组包括桨距控制器、风力机、轴系控制器和永磁同步发电机，其中风力机具有风轮，桨距控制器调节风轮桨叶的角度，轴系控制器调节风轮输出轴转速，风力机驱动永磁同步发电机的转子。全功率变流器连接到永磁同步发电机，永磁同步发电机通过全功率变流器连接到电网。在一个实施例中，全功率变流器是“有功-无功”型全功率变流器，该“有功-无功”型全功率变流器包括电网侧仿真设备和电机侧仿真设备。电网侧仿真设备包括功率测量器、电网侧有功控制器、电网侧电流测量器、第一坐标变换器、电网侧电流控制器、第二坐标变换器和电网侧变流器；功率测量器检测电网侧功率并输出功率参数给电网侧有功控制器，电网侧有功控制器基于功率参数产生电网侧有功控制参数输出给电网侧电流控制器，电网侧电流测量器检测电网侧电流并输出电网侧电流参数给第一坐标变换器，第一坐标变换器对电网侧电流参数做相位变换并输出经相位变换的电网侧电流参数给电网侧电流控制器，电网侧电流控制器根据电网侧有功控制参数和经相位变换的电网侧电流参数产生电网侧电流控制信号并输出给第二坐标变换器，第二坐标变换器对电网侧电流控制信号做相位变换并输出经相位变换的电网侧电流控制信号给电网侧变流器。电机侧仿真设备包括电压测量器、电机侧有功控制器、电机侧电流测量器、第三坐标变换器、电机侧电流控制器、第四坐标变换器和电机侧变流器；电压测量器检测电机侧电压并输出电压参数给电机侧有功控制器，电机侧有功控制器基于电压参数产生电机侧有功控制参数输出给电机侧电流控 制器，电机侧电流测量器检测电机侧电流并输出电机侧电流参数给第三坐标变换器，第三坐标变换器对电机侧电流参数做相位变换并输出经相位变换的电机侧电流参数给电机侧电流控制器，电机网侧电流控制器根据电机侧有功控制参数和经相位变换的电机侧电流参数产生电机侧电流控制信号并输出给第四坐标变换器，第四坐标变换器对电机侧电流控制信号做相位变换并输出经相位变换的电机侧电流控制信号给电机侧变流器。该电网侧仿真设备还包括最大功率跟踪器和电网侧锁相环。最大功率跟踪器检测电网侧的最大功率并输出最大功率参数给电网侧有功控制器。电网侧锁相环检测电网侧电流的相位并将相位参数输出给第一坐标变换器和第二坐标变换器。该电机侧仿真设备还包括校准电压测量器和电机侧锁相环。校准电压测量器检测电机侧的校准电压并输出校准电压参数数给电机侧有功控制器。电机侧锁相环检测电机侧电流的相位并将相位参数输出给第三坐标变换器和第四坐标变换器。在一个实施例中全功率变流器是“电压-无功”型全功率变流器，该“电压-无功”型全功率变流器包括电网侧仿真设备和电机侧仿真设备。电网侧仿真设备包括电网侧功率测量器、电网侧电压测量器、电网侧有功控制器、电网侧电流测量器、第一坐标变换器、电网侧电流控制器、第二坐标变换器和电网侧变流器；电网侧功率测量器检测电网侧功率并输出电网侧功率参数给电网侧有功控制器，电网侧电压测量器检测电网侧电压并输出电网侧电压参数给电网侧有功控制器，电网侧有功控制器基于电网侧功率参数和电网侧电压参数产生电网侧有功控制参数输出给电网侧电流控制器，电网侧电流测量器检测电网侧电流并输出电网侧电流参数给第一坐标变换器，第一坐标变换器对电网侧电流参数做相位变换并输出经相位变换的电网侧电流参数给电网侧电流控制器，电网侧电流控制器根据电网侧有功控制参数和经相位变换的电网侧电流参数产生电网侧电流控制信号并输出给第二坐标变换器，第二坐标变换器对电网侧电流控制信号做相位变换并输出经相位变换的电网侧电流控制信号给电网侧变流器。电机侧仿真设备包括电机侧电压测量器、电机侧功率测量器、电机侧有功控制器、电机侧电流测量器、第三坐标变换器、电机侧电流控制器、第四坐标变换器和电机侧变流器；电机侧电压测量器检测电机侧电压并输出电机侧电压参数给电机侧有功控制器，电机侧功率测量器检测电机侧功率并输出电机侧功率参数给电机侧有功控制器，电机侧有功控制器基于电机侧电压参数和电机侧功率参数产生电机侧有功控制参数输出给电机侧电流控制器，电机侧电流测量器检测电机侧电流并输出电机侧电流参数给第三坐标变换器，第三坐标变换器对电机侧电流参数做相位变换并输出经相位变换的电机侧电流参数给电机侧电流控制器，电机网侧电流控制器根据电机侧有功控制参数和经相位变换的电机侧电流参数产生电机侧电流控制信号并输出给第四坐标变换器，第四坐标变换器对电机侧电流控制信号做相位变换并输出经相位变换的电机侧电流控制信号给电机侧变流器。该电网侧仿真设备还包括保护器和电网侧锁相环。保护器连接到电网侧电压测量器，保护器监测电网侧电压并进行保护。电网侧锁相环检测电网侧电流的相位并将相位参数输出给第一坐标变换器和第二坐标变换器。该电机侧仿真设备还包括最大功率跟踪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁直驱风电机组的仿真装置，其特征在于，包括：风力发电机组，风力发电机组包括桨距控制器、风力机、轴系控制器和永磁同步发电机，其中风力机具有风轮，桨距控制器调节风轮桨叶的角度，轴系控制器调节风轮输出轴转速，风力机驱动永磁同步发电机的转子；全功率变流器，连接到永磁同步发电机，永磁同步发电机通过全功率变流器连接到电网。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯煜尧，仇成，秦旷宇，杨增辉，
申请(专利权)人：上海市电力公司，华东电力试验研究院有限公司，
类型：实用新型
国别省市：