专利名称：“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风电设备领域，尤其涉及ー种“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置。
背景技术：
1891年，第一台试验风机诞生，这预示着风カ发电的开始。1897年，风机系统正式用于商业化。但此后，风カ发电发展缓慢，直至上个世纪70年代的世界石油危机才使风カ发电真正得到发展。美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源，投入了大量经费，利用计算机、空气动力学、结构力学和材料力学等领域的新技术研制现代风カ发电机组，开创了风能利用的新时期。近20年，发达国家在风カ发电技术领域已取得巨大的成就。并网运行的风カ发电机组单机容量从最初的数十千瓦级已发展到兆瓦级；控制方式从单ー的定桨距失速控制向全桨叶变距和变速恒频发展，运行可靠性从20世纪80年代初的50%，提高到98%以上，并且在风电场运行的风カ发电机组全部可以实现集中控制和远程控制。自1990年以来，世界风カ发电累计装机容量平均每年增长超过20%，仅2005年世界新增装机就达到11769MW，其增长速度超过了任何一种电カ增长的速度。风电机组有多种类型，常用的风电机组包括:基于普通异步电机的恒速风电机组、基于双馈感应电机的变速风电机组和基于永磁同步电机的直驱型变速风电机组。就风电的应用地区而言，可以分为陆上风电和海上风电。陆上风电要求有大片开阔的场地来搭建分机，对于人口稠密的沿海地区较难推广。而海上风带就适合在沿海地区应用。海上风电的特点是风速变化大、低风速状况多、对机组的稳定性和故障穿越能力要求更好。在常用的风机中，基于永磁同步电机的直驱型变速风电机组比较适合于在海上应用。永磁直驱风机的主要优点是无增速齿轮箱，具有更高的可靠性和效率；切入风速低，更能适应低风速运行；采用全功率变流器，并网冲击小，具有低电压穿越能力。永磁直驱风机的缺点是全功率换流器较复杂，装机前测试工作繁琐。
实用新型内容本实用新型g在掲示一种永磁直驱风电机组的仿真装置。根据本实用新型的ー实施例，提出ー种“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置，包括永磁同步电机、风机组件、电机侧变流器和电网侧变流器。风机组件驱动永磁同步电机的转子。电机侧变流器检测永磁同步电机的后端电压和电网的前端电压，井根据永磁同步电机的后端电压和电网的前端电压调节电机侧的电流。电网侧变流器检测电网的后端功率和永磁同步电机的前端功率，井根据电网的后端功率和永磁同步电机的前端功率调节电网侧的电流。在一个实施例中，该风机组件包括具有桨叶的风轮、轴系控制器和桨距控制器。轴系控制器连接在风轮和永磁同步电机之间，轴系控制器调节风轮输出轴的转速。桨距控制器连接到风轮和永磁同步电机，桨距控制器接收永磁同步电机的反馈信号，调节风轮的桨叶的角度。在一个实施例中，桨距控制器包括转速控制器和伺服控制器，转速控制器连接到永磁同步电机接收永磁同步电机的反馈信号，伺服控制器连接到转速控制器，伺服控制器调节风轮的桨叶的角度。在一个实施例中，该电机侧变流器包括第一外环控制器、第一内环控制器、第一坐标变换器、第一门极控制器和第一变流器。其中，第一内环控制器连接到第一外环控制器，第一坐标变换器连接到第一内环控制器，第一门极控制器连接到第一坐标变换器，。在一个实施例中，电网侧变流器包括第二外环控制器、第二内环控制器、第二坐标变换器、第二门极控制器和第二变流器。其中，第二内环控制器连接到第二外环控制器，第ニ坐标变换器连接到第二内环控制器，第二门极控制器连接到第二坐标变换器，第二变流器连接到第二门极控制器。在一个实施例中，还包括最大功率跟踪器，最大功率跟踪器连接在永磁同步电机和第二外环控制器之间，最大功率跟踪器采集永磁同步电机的最大功率作为永磁同步电机的前端功率提供给第二外环控制器。本实用新型的“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置能够实现电网侧变流器控制电网侧有功无功、电机侧变流器控制机端电压和直流母线电压的控制方式的仿真。
图1掲示了根据本实用新型的一实施例的“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置的结构图示意图。
具体实施方式
永磁直驱风电机组主要由两大部分组成。一部分是风电机组，风电机组包括风机组件和永磁同步电机。另一部分全功率变流器。全功率变流器主要包括电机侧变流器和电网侧变流器。永磁同步电机由风机组件驱动发出低频交流电，电机侧变流器将低频交流电变换为直流电送入直流环节，再由电网侧变流器将直流电转换为固定频率的交流电馈入电网。永磁直驱型风机的核心元件是电网侧变流器，电网侧变流器基干“有功-无功”解耦的矢量控制策略一方面将电机的有功输送至电网，另一方面可充分利用电网侧变流器的大容量向电网提供无功支持。按全功率变流器综合控制方式划分，主要有以下两种，ー种采用电网侧变流器控电网侧有功无功、电机侧变流器控机端电压和直流母线电压的控制方式，称为PQ型。另ー种采用电网侧变流器控电网侧无功和直流母线电压、电机侧变流器控制电机有功和机端电压的控制方式，称为VQ型。本实用新型提出ー种“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置，图1掲示了按照ー个实施例的结构图示意图。如图1所示该“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置100包括:永磁同步电机102、风机组件104、电机侧变流器106和电网侧变流器108。风机组件104驱动永磁同步电机102的转子。在图1所示的实施例中，风机组件104包括具有桨叶的风轮140、轴系控制器142和桨距控制器144。轴系控制器142连接在风轮140和永磁同步电机102之间，轴系控制器142调节风轮输出轴的转速。桨距控制器144连接到风轮140和永磁同步电机102，桨距控制器144接收永磁同步电机102的反馈信号，调节风轮140的桨叶的角度。在图1所示的实施例中，桨距控制器144包括转速控制器145和伺服控制器146，转速控制器145连接到永磁同步电机102接收永磁同步电机102的反馈信号，伺服控制器146连接到转速控制器145，伺服控制器146调节风轮140的桨叶的角度。电机侧变流器106检测永磁同步电机102的后端电压和电网200的前端电压。电机侧变流器106根据永磁同步电机102的后端电压和电网200的前端电压调节电机侧的电流。在图1所示的实施例中，电机侧变流器106包括第一外环控制器160、第一内环控制器162、第一坐标变换器164、第一门极控制器166和第一变流器168。第一外环控制器160米集电网200的前端电压，第一外环控制器160根据电网200的前端电压生成第一外环控制信号。第一内环控制器162连接到第一外环控制器160，第一内环控制器162采集永磁同步电机102的后端电压,第一内环控制器162根据第一外环控制信号、永磁同步电机的后端电压产生第一内环控制信号。第一坐标变换器164连接到第一内环控制器162，第一坐标变换器164接收第一内环控制信号作为输入，第一坐标变换器164输出经坐标变换的第一内环控制信号的矢量坐标。第一门极控制器166连接到第一坐标变换器164，第一门极控制器166根据矢量坐标产生脉冲控制信号。在一个实施例中，脉冲控制信号是脉宽调制控制信号(PWM信号)。第一变流器168连接到第一门极控制器164，第一变流器168根据脉冲控制信号调节占空比，通过调节占空比来实现电机侧的变流。电网侧变流器108检测电网200的后端功率和永磁同步电机102的前端功率，并根据电网的后端功率和永磁同步电机的前端功率调节电网侧的电流。在图1所示的实施例中，电机侧变流器108包括第二外环控制器180、第二内环控制器182、第二坐标变换器184、第二门极控制器186和第二变流器188。第二外环控制器180采集永磁同步电机102的前端功率，第二外环控制器180根据永磁同步电机102的前端功率生成第二外环控制信号。在图1所示的实施例中，该“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置100还包括最大功率跟踪器110。最大功率跟踪器110连接在永磁同步电机102和第二外环控制器180之间，最大功率跟踪器110采集永磁同步电机102的最大功率作为前端功率提供给第二外环控制器180。第二内环控制器182连接到第二外环控制器180，第二内环控制器182采集电网200的后端功率，第二内环控制器182根据第二外环控制信号、电网的后端功率产生第二内环控制信号。第二坐标变换器184连接到第二内环控制器182。第二坐标变换器184接收第二内环控制信号作为输入，第二坐标变换器184输出经坐标变换的第二内环控制信号的矢量坐标。第二门极控制器186连接到第二坐标变换器184，第二门极控制器186根据矢量坐标产生脉冲控制信号。在一个实施例中，脉冲控制信号是脉宽调制控制信号(PWM信号)。第二变流器188连接到第二门极控制器186，第二变流器188根据脉冲控制信号调节占空比。本实用新型的“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置能够实现电网侧变流器控制电网侧有功无功、电机侧变流器控制机端电压和直流母线电压的控制方式的仿真。
权利要求1.ー种“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置，其特征在于，包括: 永磁同步电机； 风机组件，风机组件驱动永磁同步电机的转子； 电机侧变流器，电机侧变流器检测永磁同步电机的后端电压和电网的前端电压，井根据永磁同步电机的后端电压和电网的前端电压调节电机侧的电流； 电网侧变流器，电网侧变流器检测电网的后端功率和永磁同步电机的前端功率，井根据电网的后端功率和永磁同步电机的前端功率调节电网侧的电流。
2.如权利要求1所述的“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置，其特征在干，所述风机组件包括: 具有桨叶的风轮； 轴系控制器，轴系控制器连接在风轮和永磁同步电机之间，轴系控制器调节风轮输出轴的转速； 桨距控制器，桨距控制器连接到风轮和永磁同步电机，桨距控制器接收永磁同步电机的反馈信号，调节风轮的桨叶的角度。
3.如权利要求2所述的“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置，其特征在干，所述桨距控制器包括转速控制器和伺服控制器，转速控制器连接到永磁同步电机接收永磁同步电机的反馈信号，伺服控制器连接到转速控制器，伺服控制器调节风轮的桨叶的角度。
4.如权利要求1所述的“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置，其特征在于，所述电机侧变流器包括第一外环控制器、第一内环控制器、第一门极控制器和第一变流器； 其中，第一内环控制器连接到第一外环控制器，第一门极控制器连接到第一坐标变换器，第一变流器连接到第一门极控制器。
5.如权利要求1所述的“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置，其特征在于，所述电网侧变流器包括第二外环控制器、第二内环控制器、第二门极控制器和第二变流器； 其中，第二内环控制器连接到第二外环控制器，第二门极控制器连接到第二坐标变换器，第二变流器连接到第二门极控制器。
6.如权利要求5所述的“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置，其特征在干，还包括最大功率跟踪器，最大功率跟踪器连接在永磁同步电机和第二外环控制器之间，最大功率跟踪器采集永磁同步电机的最大功率作为永磁同步电机的前端功率提供给第二外环控制器。
专利摘要本实用新型揭示了一种“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置，包括永磁同步电机、风机组件、电机侧变流器和电网侧变流器。风机组件驱动永磁同步电机的转子。电机侧变流器检测永磁同步电机的后端电压和电网的前端电压，并根据永磁同步电机的后端电压和电网的前端电压调节电机侧的电流。电网侧变流器检测电网的后端功率和永磁同步电机的前端功率，并根据电网的后端功率和永磁同步电机的前端功率调节电网侧的电流。本实用新型的“有功-无功”型永磁直驱风电机组的仿真装置能够实现电网侧变流器控制电网侧有功无功、电机侧变流器控制机端电压和直流母线电压的控制方式的仿真。
文档编号H02J3/38GK202957613SQ201220129408
公开日2013年5月29日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者崔勇, 仇成, 秦旷宇, 郭强, 杨增辉 申请人:上海市电力公司, 华东电力试验研究院有限公司