一种风力发电实验平台及实验方法
专利汇可以提供一种风力发电实验平台及实验方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 风 力 发电实验平台及实验方法，包括对托机组、 风力 调速单元、 风能 转换单元。对托机组包括双馈式风力发电对托机组和永磁直驱式风力发电对托机组，双馈式风力发电对托机组包括双馈式风力发 电机 及用于驱动双馈式风力发电机旋转的三相异步调速电机一，永磁直驱式风力发电对托机组包括永磁直驱式风力发电机及用于驱动永磁直驱式风力发电机旋转的三相异步调速电机二。本发明提供了两种风力发电对托机组，涵盖了两种主流的双馈式风力发电机和永磁直驱式风力发电机及其控制方式。本发明能够使学生了解风力发电的基本应用，学习风力发电的工作原理，掌握风力发电的基本特性及测试方法。，下面是一种风力发电实验平台及实验方法专利的具体信息内容。
1.一种风力发电实验平台，其特征在于：包括对托机组、风力调速单元、风能转换单元，所述对托机组包括双馈式风力发电对托机组和永磁直驱式风力发电对托机组，所述双馈式风力发电对托机组包括双馈式风力发电机（12）及用于驱动双馈式风力发电机（12）旋转的三相异步调速电机一（13），所述永磁直驱式风力发电对托机组包括永磁直驱式风力发电机（22）及用于驱动永磁直驱式风力发电机（22）旋转的三相异步调速电机二（23）。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电实验平台，其特征在于：所述风力调速单元包括：
变频器模块（32）：向三相异步调速电机一（13）、三相异步调速电机二（23）提供不同的工作模式，所述工作模式包括VF控制模式及矢量控制模式；
卸荷电阻模块（33）：消耗双馈式风力发电机（12）、永磁直驱式风力发电机（22）的部分电能；
能源监测模块（34）：对双馈式风力发电机（12）、永磁直驱式风力发电机（22）的输出能源进行采集；
转速监测模块（35）：对双馈式风力发电机（12）、永磁直驱式风力发电机（22）的转速进行采集及监测；
测试模块（36）：提供测试接口，所述测试接口包括发电机侧实验数据测试接口、电动机侧实验数据测试接口及电网侧实验数据测试接口；
励磁电源（37）：向双馈式风力发电机（12）转子侧提供励磁电源；
上位机一（38）：内置风源控制系统，内置风源控制系统设有可视操作界面，风源控制系统用于根据预设风叶参数及风速曲线模拟风速和发电功率的对应曲线关系；所述风叶参数包括桨距角、叶片半径、转动惯量；风源控制系统包括线性VF模型、定叶尖速比控制模型及矢量控制模型。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电实验平台，其特征在于：所述风能转换单元包括：
机侧PWM变换器（42）：当作为双馈式风力发电机（12）的机侧PWM变换器时，用于向转子绕组提供励磁电流，运行电网电压定向矢量控制模型；当作为永磁直驱式风力发电机（22）的机侧PWM变换器时，用于将永磁永磁直驱式风力发电机发出的电能转换为直流电；
网侧PWM变换器（41）：当作为双馈式风力发电机（12）的网侧PWM变换器时，在发电机处于超同步状态将转子 PWM 励磁变频的直流能量逆变为符合并网要求的交流电能，或在发电机处于次同步状态将电网的交流能量整流成直流能量提供给转子 PWM 变频器；当作为永磁直驱式风力发电机的网侧PWM变换器时，将系统中的直流电转换为与电网同频的交流电馈入电网；
机侧PWM变换模块（46）：提供机侧PWM变换器（42）直流输出端与发电机之间的接口；
网侧PWM变换模块（45）；提供网侧PWM变换器（41）直流输入端与隔离变压器模块（47）的输入端接口；
隔离变压器模块（47）：隔离网侧PWM变换器（41）、机侧PWM变换器（42）与电网；
并网模块（48）：提供发电机定子侧与并网侧接口；
电网模块（49）：在市电与模拟电网两者间的选择投入；
电网模拟器（53）：模拟电网的电压扰动、频率扰动及三相不平衡，将输入交流源能量回馈至电网；
测试模块二（51）：提供测试接口，所述测试接口包括发电机侧实验数据测试接口、电动机侧实验数据测试接口及电网侧实验数据测试接口；
上位机二（52）：内置能源管理监控系统，能源管理监控系统对风能转换单元的各模块的数据进行实时监控、实时波形采集、历史数据查询、算法研究功能。
4.根据权利要求3所述的一种风力发电实验平台，其特征在于：所述风能转换单元还包括通讯管理模块（50），所述通讯管理模块（50）用于提供上位机和网侧PWM变换模块（64）上的通讯接口。
5.根据权利要求2所述的一种风力发电实验平台，其特征在于：所述输出参数包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数。
6.根据权利要求4所述的一种风力发电实验平台，其特征在于：所述通讯管理模块（50）包括以太网。
7.根据权利要求1所述的一种风力发电实验平台，其特征在于：所述风能转换单元还包括：三相电源模块二（43）：为风能转换单元的各模块提供三相工作电源；
单相电源模块（44）：为风能转换单元的各模块提供单相工作电源。
8.一种风力发电实验方法，其特征在于：
当采用双馈式风力发电对托机组进行实验时，三相异步调速电机一（13）根据输入的风能参数及模拟风叶参数控制双馈式风力发电机（12）的旋转参数，通过控制双馈式风力发电机（12）转子侧励磁电流的频率，使定子侧输出频率保持恒定，通过控制双馈式风力发电机（12）转子侧励磁电流的幅值和相位，调整定子侧有功功率以及无功功率；
当采用永磁直驱式风力发电对托机组进行试验时，三相异步调速电机二（23）根据输入的风能参数及模拟风叶参数控制永磁直驱式风力发电机（22）的旋转参数；通过控制永磁直驱式风力发电机的定子电流实现外环电压和功率因数调节，再将直流电逆变实现并网和有功、无功解耦；
所述模拟风叶参数包括桨距角、叶片半径、转动惯量。
一种风力发电实验平台及实验方法
技术领域
背景技术
发明内容
卸荷电阻模块：消耗双馈式风力发电机、永磁直驱式风力发电机的部分电能；
能源监测模块：对双馈式风力发电机、永磁直驱式风力发电机的输出能源进行采集；
转速监测模块：对双馈式风力发电机、永磁直驱式风力发电机的转速进行采集及监测；
测试模块：提供测试接口，所述测试接口包括发电机侧实验数据测试接口、电动机侧实验数据测试接口及电网侧实验数据测试接口；
励磁电源：向双馈式风力发电机转子侧提供励磁电源；
上位机一：内置风源控制系统，内置风源控制系统设有可视操作界面，风源控制系统用于根据预设风叶参数及风速曲线模拟风速和发电功率的对应曲线关系；所述风叶参数包括桨距角、叶片半径、转动惯量；风源控制系统包括线性VF模型、定叶尖速比控制模型及矢量控制模型。
隔离变压器模块：隔离网侧PWM变换器、机侧PWM变换器与电网；
并网模块：提供发电机定子侧与并网侧接口；
电网模块：在市电与模拟电网两者间的选择投入；
电网模拟器：模拟电网的电压扰动、频率扰动及三相不平衡，将输入交流源能量回馈至电网；
测试模块二：提供测试接口，所述测试接口包括发电机侧实验数据测试接口、电动机侧实验数据测试接口及电网侧实验数据测试接口；
上位机二：内置能源管理监控系统，能源管理监控系统对风能转换单元的各模块的数据进行实时监控、实时波形采集、历史数据查询。
当采用永磁直驱式风力发电对托机组进行试验时，三相异步调速电机二根据输入的风能参数及模拟风叶参数控制永磁直驱式风力发电机的旋转参数；通过控制永磁直驱式风力发电机的定子电流实现外环电压和功率因数调节，再将直流电逆变实现并网和有功、无功解耦；
所述模拟风叶参数包括桨距角、叶片半径、转动惯量。
图3是本发明风力调速单元示意图；
图4是本发明风能转换单元示意图；
附图标记的含义：11-安装基座一；12-双馈式风力发电机；13-三相异步调速电机一；
14-联轴器一；15-编码器；16-橡胶减震垫一；21-安装基座二；22-永磁直驱式风力发电机；
23-三相异步调速电机二；24-联轴器二；26-橡胶减震垫二；31-三相电源模块一；32-变频器模块；33-卸荷电阻模块；34-能源监测模块；35-转速监测模块；36-测试模块一；37-励磁电源；38-上位机一；41-网侧PWM变换器；42-机侧PWM变换器；43-三相电源模块二；44-单相电源模块；45-网侧PWM变换模块；46-机侧PWM变换模块；47-隔离变压器模块；48-并网模块；
49-电网模块；50-通讯管理模块；51-测试模块二；52-上位机二； 53-电网模拟器。
具体实施方式
变频器模块32：向三相异步调速电机一13、三相异步调速电机二23提供不同的工作模式，其中，工作模式包括VF（变压变频）控制模式及矢量控制模式；
卸荷电阻模块33：消耗双馈式风力发电机12、永磁直驱式风力发电机22的部分（多余的）电能；
能源监测模块34：对双馈式风力发电机12、永磁直驱式风力发电机22的输出能源进行采集，其输出参数包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数。
上位机一38：控制风力调速单元的各模块并提供可视化的输入、操作界面；上位机一38内置风源控制系统，提供多种风源控制参数的输入，如设定桨距角、叶片半径、转动惯量等值，也可设定多组数据的风速曲线表，任意调整风速变换时间。最后可以通过进行拟合，来查看设定风速与发电机输出功率的对应曲线关系图。风源控制系统软件具备3种控制模型：
线性VF模型、定叶尖速比控制模型及矢量控制模型；
本实施例的风力调速单元个模块放置在多层框架上，在多层框架的底部设有脚轮，便于移动。
离变压器模块47：隔离网侧PWM变换器41、机侧PWM变换器42与电网；并网模块48：提供发电机定子侧与并网侧接口；
电网模块49：在市电与模拟电网两者间的选择投入；
测试模块二51：提供测试接口，所述测试接口包括发电机侧实验数据测试接口、电动机侧实验数据测试接口及电网侧实验数据测试接口；
上位机二52：内置能源管理监控软件，功能包括对风能转换单元的各模块的数据进行实时监控功能、实时波形采集功能、历史数据查询功能、算法研究功能，算法研究功能研究的是电网定向矢量算法，用户可以非常清晰的了解算法结构，同时可以获取每个步骤的计算结果值，以便仿真分析。风能转换单元还包括通讯管理模块50，通讯管理模块50用于提供上位机和机侧PWM变换模块64上的接口。通讯管理模块50最好是以太网接口。
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