[发明专利]一种风力发电实验平台及实验方法

权利要求书

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)；

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；

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。

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。

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：所述输出参数包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数。

4.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：所述通讯管理模块(50)包括以太网。

5.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。

6.采用权利要求1所述的一种风力发电实验平台的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。