[发明专利]一种适用于教学的永磁风力发电系统探究性实验平台

权利要求书

1.一种适用于教学的永磁风力发电系统探究性实验平台，其特征在于，包括变频器、原动机、永磁同步发电机、背靠背双PWM变流器、双向DC/DC变换器、储能电池、电压电流传感器、转速编码盘、DSP控制板卡、实时数据采集板卡、上位机，其中：

所述变频器与原动机相连，用于控制原动机模拟风电机的机械运动；

所述永磁同步发电机通过联轴器与原动机相连，用于将原动机产生的机械能转换为电能，模拟风电机的工作过程；

所述背靠背双PWM变流器分为机侧和网侧两部分，机侧变流器将永磁同步发电机产生的交流电整流转换为直流电，一部分通过网侧变流器逆变转换为交流电汇入电网，另一部分通过双向DC/DC变换器给储能电池充电，其充放电过程由BMS电池管理系统控制；

所述电压电流传感器用于采集电网、背靠背双PWM变流器以及双向DC/DC变换器的电压和电流数据，所述转速编码盘用于采集永磁同步发电机的转速信息；

所述DSP控制板卡通过实时数据采集板卡与电压电流传感器、转速编码盘、背靠背双PWM变流器以及双向DC/DC变换器相连，其根据电压电流传感器和转速编码盘测得的系统实时数据参与算法过程并向背靠背双PWM变流器和双向DC/DC变换器输出控制指令；同时，DSP控制板卡通过PCI总线与上位机相连，用以将系统实时数据和状态返回给上位机并在上位机上进行编程；

所述上位机用于发出系统的控制指令并显示系统实时数据和状态。

2.根据权利要求1所述的永磁风力发电系统探究性实验平台，其特征在于：所述网侧变流器与电网之间连接有离并网切换装置，其通过控制可将变流器脱离或接通电网，既可以保护电路又可供学生进行实验操作研究并网过程。

3.根据权利要求1所述的永磁风力发电系统探究性实验平台，其特征在于：所述实时数据采集板卡由PCI实时板卡和采集控制板卡两部分构成，其中PCI实时板卡与DSP控制板卡相连，其通信采用PCI总线，数据传输为数字信号；采集控制板卡与电压电流传感器、转速编码盘、背靠背双PWM变流器以及双向DC/DC变换器相连，用于完成外部模拟信号输入后的AD转换和内部数字信号输出前的DA转换。

4.根据权利要求3所述的永磁风力发电系统探究性实验平台，其特征在于：所述PCI实时板卡与采集控制板卡之间通过低压差分数据线进行数据交换，可减少数据传输路径引起的干扰；同时，PCI实时板卡与采集控制板卡之间的数据信号传输设计有ISO高速数字隔离电路，以杜绝PCI实时板卡受物理对象的干扰。

5.根据权利要求1所述的永磁风力发电系统探究性实验平台，其特征在于：所述DSP控制板卡作为背靠背双PWM变流器和双向DC/DC变换器的控制板，用于实现数字信号的实时计算；DSP控制板卡共有三块即D1～D3，上位机通过PCI总线与D1和D2相连并向其发送控制指令，D1和D2返回相应的应答信号和系统的数据和状态，D1与D2之间采用CAN总线连接以实现数字信号处理过程中信号的实时相互传输；上位机发出的控制指令将到达D1和D2参与控制算法的执行且直接影响实验的最终结果，不同的控制算法可以设计不同的控制指令以及需要显示的不同数据和状态；背靠背双PWM变流器和双向DC/DC变换器的直流变换过程则由D3控制。

6.根据权利要求1所述的永磁风力发电系统探究性实验平台，其特征在于：所述上位机配置有对应的操作界面，可实现各类风速模拟、运行方式选择、运行数据监控、算法监控。

7.根据权利要求6所述的永磁风力发电系统探究性实验平台，其特征在于：对于风速模拟，上位机中设有风速曲线表，一共有20组数据，可以随便调整风速变化时间，最后通过拟合按钮，查看风速与功率的对应曲线关系图，以此关系图作为变频器控制原动机的参考，最终模拟风电机输出。

8.根据权利要求1所述的永磁风力发电系统探究性实验平台，其特征在于：该实验平台综合了电力电子、电机控制、电机学三大部分内容，引入虚拟仿真和半实物仿真等多种实验技术，保证了实验设备的最大利用，内容丰富、操作简便的上位机界面有助于简化课程内容，使抽象的概念更加直观，有利于提高学生的兴趣和对实验内容的理解。