[发明专利]一种风力发电模拟平台及其模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，特别涉及风力发电模拟技术领域，具体为一种风力发电模拟平台及其模拟方法。

背景技术

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，但是由于条件所限大量的实际风场实验验证是不现实的，为了高效的对系统控制策略及软硬件进行验证，通常需要对风力发电系统进行前期的实验室地面模拟实验研究，因而风力发电实验室模拟系统应用而生。

《风力发电机组风轮功率输出特性模拟实验方法》(CN136351,沈阳工业大学)公开了精确地风速模型，适用于模拟实际风电场的工况；《一种变速恒频风力双馈发电机实验模拟系统》(CN1972115A,中国科学院电工研究所)公开的模拟实验平台可以模拟水力双馈发电机系统；《多功能风力发电模拟实验平台》(申请号201110113933.8，燕山大学)公布了可对兆瓦级风机进行低转速、大转矩模拟的系统。

上述发明提出的风电模拟系统模拟了风机气动特性(跟踪转矩-转速曲线)、MPPT控制、桨距角控制等常规特性。而对影响并网电能质量、系统稳定性、电网适应性等的风电中的重难点问题没有涉及，不能准确地反映实际整个风机系统的特性，满足不了当前风电研究的需要。且现有的风机模拟系统都只对某一固定风力发电机型进行模拟实验，模拟平台不具备通用性。

发明内容

为弥补现有的技术缺陷，本发明提供一种风力发电模拟平台及其模拟方法，在模拟常规的风机气动特性(跟踪转矩-转速曲线)、MPPT控制、桨距角控制的基础上，模拟重现了由于风剪、塔影效应引起的并网功率脉动和柔性传动轴造成的机械振动，实现了电网电压的跌落和骤升。为研究并网电能质量，系统稳定性，低电压穿越(LVRT)等当前风电中的关键问题提供了实验平台。

风力发电模拟平台，其特征在于：包括有风机模拟器、异步电机系统、双馈电机系统、电压跌落装置、联轴器，所述的异步机系统包括四象限整流器、变频器、异步电机，电网与四象限整流器连接，四象限整流器直流侧与变频器直流侧相连，变频器的输出端控制连接异步电机的定子；所述的双馈电机系统包括双馈电机、背靠背变流器、隔离变压器、并网接触器，背靠背变流器包括有网侧变流器和机侧变流器，网侧变流器直流侧与机侧变流器相连，网侧变流器通过隔离变压器接入电压跌落装置，机侧变流器连接双馈电机的转子，双馈电机的定子通过并网接触器接入电压跌落装置，电压跌落装置接入电网；所述的异步电机与双馈电机之间通过联轴器连接，所述的风机模拟器分别与变频器、机侧变流器进行通信连接。

所述的电压跌落装置包括有接触器、隔离变压器、调压器。

所述的异步电机系统还包括有光电编码器，光电编码器与异步电机的转轴相连，光电编码器还与风机模拟器相连。

所述的风机模拟器通过RS485总线与变频器进行通讯，通过CAN总线与机侧变流器进行通讯。

所述的风机模拟器包括有信号检测单元与DSP单元，DSP单元采用TI公司的TMS320F28335FGPA。

风力发电模拟平台的模拟方法，其特征在于，具体步骤如下：

1）异步电机模拟风机，双馈电机并网发电模式的模拟方法：

（1）启动异步电机系统的四象限整流器及双馈电机系统的网侧整流器；

（2）在四象限整流器稳定运行后，启动变频器运行于转速控制模式(VF模式)，拖动双馈电机转动；

（3）转速稳定到达1450转/分左右时，启动双馈电机系统的机侧变流器，使双馈电机运行于转矩控制下；

（4）待双馈电机的定子电压达到并网条件时，控制并网接触器并网，同时变频器切换为转矩控制模式，双馈电机系统的机侧变流器切换为转速控制；

（5）启动风机模拟器，通过风机模拟算法，跟踪风机的转速-转矩/功率特性曲线，通过485总线下发指令给变频器，控制异步电机运行于转矩控制方式模拟风机，拖动双馈电机并网发电；

2）双馈电机模拟风机，异步电机并网发电模式的模拟方法：

（1）启动异步电机系统的四象限整流器及双馈电机系统的网侧整流器；

（2）在四象限整流器稳定运行后，启动变频器运行于转速控制模式(VF模式)，拖动双馈电机转动；

（3）转速稳定到达1450转/分左右时，启动双馈电机系统的机侧变流器，使双馈电机运行于转矩控制下；

（4）待双馈电机的定子电压达到并网条件时，控制并网接触器并网；