[实用新型]风力发电机组转矩特性模拟系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用拖动电机模拟大型风力发电机组转速、转矩随负载及风速曲线变化的外特性的技术，尤其是一种风力发电机组转矩特定模拟系统。 

背景技术

风力发电是将风叶转动的机械能转换为电能。但是在研究风力发电机组控制算法、并网效率及并网控制算法过程中，现有的仿真系统均采用转速闭环控制，导致由负载引起的转矩变化无法真实的反映到风机的转速效应上，导致试验数据与真实发电系统偏差较大，并直接影响到仿真数据的准确性，对于人们研究如何有效利用风资源带来很大的不便。 

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，利用拖动电机模拟大型风力发电机组转速、转矩随负载及风速曲线变化的外特性，提供能够真实模拟风机扭矩特性，并对发电机并网控制进行研究的仿真系统装置。 

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现： 

风力发电机组转矩特性模拟系统，其特征在于，包括： 

一主控单元，包括上位机操作台和PLC模块，所述上位机操作台模拟风速，并通过总线将指令下发至所述PLC模块中； 

一拖动控制单元，包括一异步电机拖动变频器，与所述主控单元的所述PLC模块电气相连； 

一对拖机组单元，包括一异步交流拖动电机，一双馈风力发电机组，一扭矩传感器，所述扭矩传感器安装在所述异步交流拖动电机和所述双馈风力发电机组之间，所述异步交流拖动电机与所述交流异步电机拖动变频器电气连接； 

一机侧数据采集单元，设置在所述异步电机拖动变频器与所述异步交流拖动电机之间； 

一网侧数据采集单元，设置在所述双馈风力发电机组定子同电网之间设置； 

一并网逆变单元，包括一机侧变流器和一网侧变流器连接成共直流母线系统，与所述双馈风力发电机组的转子侧连接，使所述双馈风力发电机组的定子侧直接通过一隔离变压器同所述电网相连。 

比较好的是，所述系统进一步包括一双馈电机并网控制器，设置于所述双馈风力发电机组转子与所述电网之间。 

比较好的是，所述网侧数据采集单元包括一第二电压表，一第二电流表和一第二功率表，所述机侧数据采集单元包括一第一电压表，一第一电流表和一第一功率表。 

比较好的是，所述扭矩传感器采用刚性联轴器并加装扭矩传感器相连。 

比较好的是，所述系统进一步包括一DSP控制器，设置在所述双馈并网控制器前端。 

比较好的是，所述系统进一步包括一隔离变压器，设置于所述拖动侧电网与拖动变频器之间。 

本实用新型中利用上位机软件模拟不同风速曲线变化，并通过对比大型风力的风速-转速曲线求得拖动电机转速，通过拖动电机带动双馈发电机组发电，并经过双馈电机并网控制器，控制双馈电机转子励磁，已达到双馈电机定子侧直接并网的功能。采用定制的拖动电机来模拟风力发电机组的恒定转矩特性，并利用高精度的转矩传感器来实现对转矩环的精确控制。用以得到能够真实反映大型风力发电机组发电特性的试验系统。由此可以通过计算分析双馈发电机组并网的控制要求，以及对高效并网控制算法的研究试验，提高风力发电的利用效率。 

风力发电机组在负载不介入时，空载运行，转速较高，当负载增加后，由于转矩增加，在风速不变的情况下，空气施加给风叶并传导至发电机组的扭矩不变，导致风叶的转速降低，在转矩与扭矩相等时，风机转数稳定。在这个过程中，由于风力发电机的转数持续下降，双馈电机为保证定子输出的电流相位同电网相同，故在双馈电机并网控制器中应对此过程应予以响应。传统的电动机-发电机组通常为恒转速系统，即转速设定后，拖动电机的转速无法有效跟随风速及负载转矩的变化而变化，导致测试结果与真实值偏差较大，仿真数据严重失真。 

优选的是本装置采用异步电动机作为模拟拖动部分，利用异步电机转速随转矩增加而降低的特性，并经过定制的交流异步电动机，改变电动机的转子电阻，使电动机固有的转速-转矩曲线在较大程度上符合风力发电机的特性曲线，同时加装转矩传感器，构成转矩控制闭环，保证作为模拟拖动曲线与真实风机转矩曲线的高度重合性。并且在风机低负载转矩的情况下，通过电流及转速闭环的切换，实现对系统的保护。 

在数据采集过程中，采用高精度传感器，配合DSP控制器，兼顾了数据采集的准确性，和并网控制的迅速性及精确性。 

附图说明

下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本实用新型的详细描述中，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。