[发明专利]一种模拟风力发电并网实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种模拟风力发电并网实验系统。

背景技术

风能作为一种可再生的清洁能源，世界各国越来越开始重视其利用发展。目前，在风力发电领域，大型直驱式风力发电系统得到了广泛使用，该发电系统主要由风力机、传动系统、永磁发电机与全功率变频器等部分组成，通过风力机叶片变桨技术、变流器变流技术等控制机组发电，并将电能输送到电网中。传统最大功率跟踪控制方式下，风电机组呈现出对电网的弱支撑性。随着风电注入率的提高，风电并网系统的频率、电压等方面的稳定性面将面临巨大的挑战。因此，为实现风电机组的“友好型”并网，通过实验开展直驱永磁式风力发电机组的优化控制研究工作变得非常必要。

在目前已安装的实际风电机组上直接进行实验研究存在很多局限。首先实验的开展受天气、风速等因素的限制，无法保证实验的连续进行；另外风力发电控制系统复杂且相互影响，直接在实际机组上进行实验十分不便；其次，开展风电并网优化控制的实验研究，要求电网的频率和电压根据需要产生一定的波动，而实际电网运行过程中不可能为此提供这样的条件。因此，迫切需要对风电机组并网模拟实验系统进行开发研究，从而为通过实验系统进行相关理论研究和验证工作提供可能。

目前，风力发电机组实验系统大多针对双馈式风电机组，涉及直驱式风电机组的实验研究系统很少，其中一种永磁直驱风电机组实验系统采用交流异步电机作为驱动电机，可以模拟实际风力机输出特性，完成整机相关实验，但异步电机的驱动控制及转速获取都比较困难，会给研究带来很大的不便。相比异步电动机，直流电动机在定励磁条件下，其输出转矩与电枢电流成正比关系，这一特点给风力机的转矩模拟控制带来了极大的便利。另外，在直流电动机转速信号获取比较容易，可通过在直流电动机上安装旋转编码器来实现。因此，采用直流电动机作为驱动电机将会有效降低模拟风力机的控制难度。

目前有文献采用直流电动机作为驱动电机进行风力机模拟控制，但模拟风力机的转速特性与理论特性差距较大，不能满足实际验证需求，另外，该系统中，永磁同步机输出的电能通过并网变频器变流后直接并入市电电网，市电电网可等效为无穷大电网，无法有效模拟实际风电机组出力及负荷波动对电网频率及其电压的影响。因此，在实验室环境下构建一种能够模拟风力机输出特性和电网动态特性的直驱永磁模拟风电并网实验系统,对开展直驱式风力发电机组的优化控制研究是十分必要的。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种模拟风力发电并网实验系统，通过将模拟风力发电子系统和模拟电网子系统接入同一交流母线向负载供电，有效模拟实际风电机组出力及负荷波动对电网频率及其电压的影响。

为了解决上述技术问题本发明的技术方案为一种模拟风力发电并网实验系统，包括模拟风力发电子系统和模拟电网子系统，模拟风力发电子系统和模拟电网子系统的输出端连接于同一交流母线。

较佳地，模拟风力发电子系统包括模拟风力机子系统和永磁同步发电机组并网子系统，模拟风力机子系统包括直流调速器和直流电动机，直流调速器连接于市电电网，直流电动机连接于直流调速器的输出端，直流电动机的输出端连接永磁同步发电机组并网子系统。

较佳地，模拟风力机子系统还包括减速箱，减速箱设置在直流电动机的输出端，减速箱的输出端连接述永磁同步发电机组并网子系统。

较佳地，模拟风力机子系统还包括第一上位机，第一上位机的输出端连接有第一PLC控制器，第一PLC控制器的输出端连接于直流调速器。

较佳地，在直流电动机的输出端设置有惯性模拟装置，惯性模拟装置的输出端连接减速箱。

较佳地，惯性模拟装置为飞轮。

较佳地，惯性模拟装置的输出转动惯量式中，P_1n为模拟风电机组的额定功率，ω_1n为模拟风电机组的额定转速，H₂为模拟风电机组的惯性时间常数，J_1G为永磁同步发电机组的输出转动惯量，J_1M为直流电动机的输出转动惯量，n为减速箱的变速比。

较佳地，模拟电网子系统包括在市电电网和交流母线之间顺次连接的变频调速器、异步电动机和同步发电机；变频调速器上设置有编码卡，异步电动机设有编码器，编码卡和编码器相互连接。

较佳地，模拟电网子系统还包括第二上位机，第二上位机的输出端连接有第二PLC控制器，第二PLC控制器的输出端连接于变频调速器。