一種低電壓異步風力發電機組及其并網的動態模擬系統技術方案

本發明專利技術公開了一種低電壓異步風力發電機組及其并網的動態模擬系統，包括風力發電機組、輸配電變壓器和線路的物理模型，所述風力發電機組包括微控制器、低壓電機調速裝置、低壓電動機、低壓異步風力發電機、低壓整流控制器、低壓逆變器、儲能裝置。本發明專利技術完成了低電壓異步風力發電機組及其并網的動態模擬系統，搭建了發電主電路、輸配電電路這樣一個完整的風力發電系統，設計了基于低電壓異步風力發電機組的實驗模擬平臺。通過微控制器的輸出脈沖，該裝置可以模擬多種風力發電方式。本發明專利技術為風力發電系統控制保護策略和控制系統的設計研究提供了一個更可靠、安全的研究平臺和測試環境。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電氣行業，尤其涉及一種低電壓異步風力發電機組及其并網的動態模擬系統。
技術介紹
在能源日益緊缺的今天，世界各國追求各種綠色可再生能源的腳步從未停止。其中，風能是人們所能夠利用的可再生能源之一，風力用于發電是新能源發電技術中技術較成熟、最具規模化開發條件和商業化發展前景的發電技術之一。發電機是風力發電技術中的關鍵部件或裝置，而在風力發電領域為滿足性能上的特殊要求，通常采用異步發電機。但是在實際發電過程中異步發電機都是兆瓦級的，占地面積大設備昂貴，不利于在實驗室中開展科學研究以及教學實驗。為了便于實驗室研究，急切的需要建立一套適用于實驗室研究、教學的風力發電系統動態模擬系統。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為解決上述問題，提供一種實驗室使用的低電壓異步風力發電機組及其并網的動態模擬系統，為電力系統控制策略的研究提供了一個安全、可靠、占地面積小、經濟實用、易于控制的實驗平臺，保障了實驗人員、學生在實驗過程中的人身安全。雖然，所采用的低電壓異步發電機組的電壓等級要比實際中的低，但是其電磁特性都是相同的，能夠達到模擬實際異步風力發電機組發電系統的水平。為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案。一種低電壓異步風力發電機組及其并網的動態模擬系統，包括風力發電機組、輸配電變壓器和線路的物理模型；所述風力發電機組包括微控制器、低壓電機調速裝置、低壓電動機、低壓異步風力發電機、低壓整流控制器、低壓逆變器、儲能裝置；所述微控制器為低壓電機調速裝置提供轉速信號，模擬實際風力轉動曲線；所述低壓電機調速裝置接收來自控制器的脈沖信號，輸出不同的頻率給低壓電動機，調節低壓電動機的轉速；所述低壓異步風力發電機采用三相低壓異步交流異步發電機；所述低壓整流控制器是對低壓發電機所發出的不穩定的低壓交流電能轉換為穩定的工頻低壓直流電能，同時具有短路、過載和蓄電池組的過放、過充自動保護功能，能有效地延長蓄電池組的使用壽命；所述低壓逆變器是對低壓整流控制器輸出的工頻低壓直流電能轉換為工頻低壓交流電能，供低壓負載使用；所述儲能裝置可供風力發電系統使用。所述三相低壓異步交流異步發電機包括鼠籠式等普通異步發電機，以及以異步風機為基礎，經電力電子裝置并網并進行控制的發電機，如雙饋風力發電機。所述低壓電動機采用一臺或幾臺電動機，所述電動機采用直流調速電動機儲能裝置可采用蓄電池、超級電容、飛輪儲能、壓縮空氣等的一種或幾種。所述輸配電變壓器為升壓變壓器，通過升高電壓，減小電能在線路上的損耗；所述線路的物理模型，根據等值電路公式計算出根據等值電路公式計算出電阻、電感、電容的數值，用電阻、電感、電容搭出電力線路的等值電路。下面結合本專利技術的結構組成詳細說明本專利技術工作原理本專利技術的低電壓異步風力發電機組及其并網的動態模擬系統結構，如圖1所示，整個系統中，輸配電變壓器、低壓異步風力發電機、低壓電動機、電阻、電感、電容、低壓逆變器、低壓整流控制器均采用380V及380V以下的電壓等級，其中低壓電動機、低壓異步風力發電機采用IlOV以下電壓等級。電壓等級的降低，使得本系統更容易使用低壓元件進行相關控制，同時不影響風力發電系統動態模擬系統的實際效果。異步風力發電機結構簡單、牢固，無集電環和碳刷，可靠性高。不受使用場所限制。由于無轉子勵磁磁場，不需要同期及電壓調節裝置，電站設備簡化。負荷控制十分簡單，異步發電機盡管可能出現功率搖擺現象，但無同步發電機類似的震蕩和失步問題，并網操作十分簡單。本專利技術采用低電壓異步風力發電機，模擬實際中的異步風力發電機組及其并網系統，使得異步風力發電機組能夠更好應用于風力發電系統中。微控制器主要是小型控制器，如單片機、DSP等，并能夠提供多個網口或現場總線接口，微控制器通過網口或現場總線接口與電機調速裝置進行脈沖信號的傳遞，完成必要的控制。微控制器通過PWM脈沖輸出方式調節電機調速裝置，可以控制低電壓電動機的速度，從而達到對低壓異步發電機轉子速度的調節，控制發電電能的大小。由于風能的時刻變化，低壓異步風力發電機組所發出的電能是不穩定的交流電能，需要通過低壓整流控制器對低壓異步發電機所發出的不穩定交流電能進行整流，并控制電能達到穩定直流輸出，進一步使所發出的電能流入儲能裝置或低壓逆變器。可以使用低壓負荷可以檢測發電電能質量，低壓負荷可以是節能燈或者電池等。一些本系統使用的低壓物理元器件在市場中很難找到，比如低壓逆變器很多都是將其他電壓等級逆變為交流220V的生活用電，市場上很難找到低壓逆變器將電壓逆變為更低電壓等級交流電的逆變器，比如24V、12V的逆變器。單一低壓整流器、低壓發電機，市場需求很少，很少有廠家生產。這對本系統的開發是一個關鍵點，對低壓器件成功開發研究，并應用到本系統中是一個創新點。本專利技術完成了一個低電壓異步風力發電機組及其并網的動態模擬系統，搭建了風力發電機組、輸配電變壓器和線路的物理模型這樣一個完整的風力發電系統，設計了基于低電壓異步風力發電機組的實驗模擬平臺。通過微控制器的輸出脈沖，該裝置可以模擬多種風力發電方式，適合實驗室對風力發電的進一步研究。本專利技術的有益效果1.降低了風力發電系統動態模擬系統的電壓等級，更適合于實驗室里面的教學科研。2.用于電力系統控制保護策略和控制系統的設計研究。3.用于研究異步發電機在風力發電中控制策略的研究。附圖說明圖1為本專利技術的總體結構原理圖。圖2為本專利技術模擬電力線路等值電路圖。具體實施例方式下面結合實施例對本專利技術作進一步說明。本實施例的一種低電壓異步風力發電機組及其并網的動態模擬系統，包括風力發電機組、輸配電變壓器和線路的物理模型；所述風力發電機組包括微控制器、低壓電機調速裝置、低壓電動機、低壓異步風力發電機、低壓整流控制器、低壓逆變器、儲能裝置；所述微控制器為低壓電機調速裝置提供轉速信號，模擬實際風力轉動曲線，本實施例采用意法半導體公司生產的STM32F103VET6芯片進行脈沖輸出控制；所述低壓電機調速裝置接收來自控制器的脈沖信號，輸出不同的頻率給低壓電動機，調節低壓電動機的轉速，本實施例采用能夠接收微控制器脈沖信號輸出的變頻器；所述低壓電動機采用一臺或幾臺電動機，所述電動機采用直流調速電動機，本實施例采 用12V直流電動機；所述低壓異步風力發電機，包括鼠籠式等普通異步發電機，以及以異步風機為基礎，經電力電子裝置并網并進行控制的發電機，如雙饋風力發電機，本實施例異步發電機采用普通異步交流發電機，；所述低壓整流控制器是對低壓異步發電機所發出的不穩定的低壓交流電能轉換為穩定的工頻低壓直流電能，本實施例采用50HZ三相交流12V輸入，直流12V輸出的低壓整流控制器；所述低壓逆變器是對低壓整流控制器輸出的工頻低壓直流電能轉換為工頻低壓交流電能，供低壓負載使用，本實施例采用50HZ直流12V輸入，三相交流12V輸出的低壓逆變器；所述儲能裝置可供風力發電、光伏發電等可再生能源發電系統使用，儲能裝置可采用蓄電池、超級電容、飛輪儲能、壓縮空氣等的一種或幾種，本實施例采用蓄電池。所述輸配電變壓器為升壓變壓器，通過升高電壓，減小電能在線路上的損耗，本實施例采用2個升壓變壓器，升壓變壓器的變比分別為12V/24V和24V/380V ;所述線路的物理模型，根據等值電路計算出各個電子元件的數值，用電阻、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低電壓異步風力發電機組及其并網的動態模擬系統，其特征是，包括風力發電機組、輸配電變壓器和線路的物理模型；所述風力發電機組包括微控制器、低壓電機調速裝置、低壓電動機、低壓異步風力發電機、低壓整流控制器、低壓逆變器、儲能裝置；所述微控制器為低壓電機調速裝置提供轉速信號，模擬實際風力轉動曲線；所述低壓電機調速裝置接收來自控制器的脈沖信號，輸出不同的頻率給低壓電動機，調節低壓電動機的轉速；所述低壓異步風力發電機采用三相低壓異步交流異步發電機；所述低壓整流控制器是對低壓發電機所發出的不穩定的低壓交流電能轉換為穩定的工頻低壓直流電能，同時具有短路、過載和蓄電池組的過放、過充自動保護功能；所述低壓逆變器是對低壓整流控制器輸出的工頻低壓直流電能轉換為工頻低壓交流電能，供低壓負載使用；所述儲能裝置供風力發電系統使用；所述輸配電變壓器為升壓變壓器；所述線路的物理模型，根據等值電路公式計算出根據等值電路公式計算出電阻、電感、電容的數值，用電阻、電感、電容搭出電力線路的等值電路。

【技術特征摘要】
1.一種低電壓異步風力發電機組及其并網的動態模擬系統，其特征是，包括風力發電機組、輸配電變壓器和線路的物理模型；所述風力發電機組包括微控制器、低壓電機調速裝置、低壓電動機、低壓異步風力發電機、低壓整流控制器、低壓逆變器、儲能裝置；所述微控制器為低壓電機調速裝置提供轉速信號，模擬實際風力轉動曲線；所述低壓電機調速裝置接收來自控制器的脈沖信號，輸出不同的頻率給低壓電動機，調節低壓電動機的轉速；所述低壓異步風力發電機采用三相低壓異步交流異步發電機；所述低壓整流控制器是對低壓發電機所發出的不穩定的低壓交流電能轉換為穩定的工頻低壓直流電能，同時具有短路、過載和蓄電池組的過放、過充自動保護功能；所述低壓逆變器是對低壓整流控制器輸出的工頻低壓直流電能轉換為工頻低壓交流電能，供低壓負載使用；所述儲能裝置供風力發電系統使用；所述輸配電變壓器為升壓變壓器；所述線路的物理模型，根據等值電路公式計算出根據等值電路公式計算出電阻、電感、電容的數值，用電阻、電感...

【專利技術屬性】
技術研發人員：于大洋，劉英男，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：