水轮机转速功率外特性模拟装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种水轮机的模拟装置，特别是关于一种用于潮流能发电的水轮机转速功率外特性模拟装置。
【背景技术】
[0002]随着对潮流能发电研宄的推广，各种研宄和实验装置不断涌现，其中绝大部分科研单位是在海上进行潮流能电力变换试验，但是其成本高，效率低，并且实施起来复杂。还有一种是采用水轮机的模拟装置，其主要是对水轮机透平静态机械特性、机械惯性时间常数和调速系统以及水锤效应等几个方面的模拟。但是对于水轮机输出功率转速特性，在不同流速及不同桨距角下的功率转速特性并没有相应的模拟装置。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够在实验室使用并代替水轮机进行实验的水轮机转速功率外特性模拟装置。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案:一种水轮机转速功率外特性模拟装置，其特征在于:它包括主电路、三相交流电源、负载、上位机、控制电路和电压电流检测电路；所述主电路包括整流电路、滤波电路和Buck-Boost电力变换器，所述三相交流电源通过电源线与所述整流电路连接，所述整流电路将三相交流电整流成脉动直流电后传输至所述滤波电路，所述滤波电路对接收到的脉动直流电进行滤波后形成平稳的直流电；平稳的直流电传输至所述Buck-Boost电力变换器的输入端，所述Buck-Boost电力变换器的输出端连接所述负载；所述上位机通过串口线与所述控制电路连接，所述控制电路通过串口线接收所述上位机发出的流速和桨距角信号；所述控制电路控制所述电压电流检测电路对所述负载的电压值和电流值1_进行检测，并将检测结果反馈给所述控制电路，所述控制电路控制所述Buck-Boost电力变换器的导通和关断。
[0005]所述控制电路包括微处理器、PI调节器和PWM驱动电路，所述微处理器通过串口线与所述上位机连接，所述微处理器产生一电压电流检测控制信号用于控制所述电压电流检测电路对所述负载的电压值和电流值1_进行检测，检测到的电压值和电流值I _反馈给所述微处理器；所述微处理器输出端经所述PI调节器连接所述PWM驱动电路。
[0006]所述Buck-Boost电力变换器包括开关管VT、电感L、二极管VD和电容C，所述开关管VT采用NPN型三极管，所述滤波电路与所述开关管VT的集电极连接，所述PWM驱动电路与所述开关管VT的基极连接，所述电感L与所述开关管VT的发射极连接，所述二极管VD和电容C串联后与所述电感L并联，所述负载并联在所述电容C的两端。
[0007]本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本实用新型由于包括主电路、三相交流电源、负载、上位机、控制电路和电压电流检测电路，主电路包括整流电路、滤波电路和Buck-Boost电力变换器，整流电路将三相交流电整流成脉动直流电后传输至滤波电路，滤波电路对脉动直流电进行滤波后形成平稳的直流电并传输至Buck-Boost电力变换器的输入端，Buck-Boost电力变换器的输出端连接负载；上位机通过串口线与控制电路连接；控制电路控制电压电流检测电路对负载的电压值和电流值1_进行检测，并将检测结果反馈给控制电路，控制电路控制Buck-Boost电力变换器的导通和关断，使得Buck-Boost电力变换器的输出电压和功率特性与水轮机发电装置的输出电压和电流的特性一致，进而实现在不同流速和不同桨距角下的转速功率外特性输出；因此本实用新型能够在不依赖海洋环境和水轮机本体的情况下，模拟输出水轮机的转速功率特性，从而方便在实验室环境下开展对潮流发电系统的研宄。2、本实用新型由于主电路采用整流电路、滤波电路和Buck-Boost电力变换器构成，Buck-Boost电力变换器包括开关管VT、电感L、二极管VD和电容C，控制电路采用微处理器、PI调节器和PWM驱动电路构成，因此本实用新型整体结构紧凑、体积小、便于维护。基于以上优点，本实用新型可以广泛应用于实验室环境下潮流发电系统的研宄中。
【附图说明】
[0008]图1是实际水轮机发电装置的组成结构示意图
[0009]图2是本实用新型水轮机转速功率外特性模拟装置的结构示意图
[0010]图3是水轮机桨距角和潮流流速Vl情况下的转速功率曲线图
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
[0012]如图1所示，水轮机发电装置由水轮机、发电机和整流器组成。整流器的输出电压u与水轮机的转速η之间存在以下比例关系:u = kn，由该比例关系可以看出整流器的输出电压和功率特性与水轮机的转速和功率特性具有一致性，因此，只要模拟出整流器的输出电压和功率的关系，就能够模拟出水轮机的转速与功率之间的关系。
[0013]如图2所示，本实用新型水轮机转速功率外特性模拟装置包括主电路1、三相交流电源2、负载3、上位机4、控制电路5和电压电流检测电路6。其中，主电路I包括整流电路
11、滤波电路12和Buck-Boost电力变换器13 ;三相交流电源2通过电源线与整流电路11连接，整流电路11将三相交流电整流成脉动直流电后传输至滤波电路12，滤波电路12对接收到的脉动直流电进行滤波后形成平稳的直流电；平稳的直流电传输至Buck-Boost电力变换器的输入端13，Buck-Boost电力变换器13的输出端连接负载3。上位机4通过串口线与控制电路5连接，控制电路5通过串口线接收上位机4发出的流速和桨距角信号。控制电路5根据接收到的流速和桨距角信号控制电压电流检测电路6对负载3的电压值和电流值1_进行检测，并将检测结果反馈给控制电路5，控制电路5对检测结果进行处理后控制Buck-Boost电力变换器13的导通和关断，使得Buck-Boost电力变换器13的输出电压和功率特性与水轮机发电装置的输出电压和电流的特性一致，进而实现在不同流速和不同桨距角下的转速功率外特性输出。
[0014]上述实施例中，控制电路5包括微处理器51、PI调节器52和PWM驱动电路53。微处理器51通过串口线与上位机4连接，接收上位机4发出的流速和桨距角信号。微处理器51根据接收到的流速和桨距角信号产生一电压电流检测控制信号并传输至电压电流检测电路6，电压电流检测控制信号控制电压电流检测电路6对负载3的电压值和电流值Iwt进行检测，检测到的电压值和电流值1_反馈给微处理器51 ;微处理器51将电压值折算成水轮机的转速，并根据水轮机转速功率曲线的关系计算得到转速对应的参考电流值IMf;微处理器51将参考电流值IMf与检测到的电流值I wt作差，得到的电流差值送入PI调节器52，PI调节器52对电流差值进行处理后得到PWM信号，PWM信号通过PWM驱动电路53控制Buck-Boost电力变换器13的导通和关断。
[0015]上述实施例中，如图2所示，Buck-Boost电力变换器13包括开关管VT、电感L、二极管VD和电容C。其中，开关管VT采用NPN型三极管，滤波电路12与开关管VT的集电极连接，PWM驱动电路53与开关管VT的基极连接，电感L与开关管VT的发射极连接，二极管VD和电容C串联后与电感L并联，负载3并联在电容C的两端。
[0016]实施例:如图3所示，已知水轮机桨距角和潮流流速Vl时的转速功率曲线，采用本实用新型水轮机转速功率外特性模拟装置将实际水轮机的输出转速功率曲线转换成相应的电流电压控制。
[0017]上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和方法步骤等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
【主权项】
1.一种水轮机转速功率外特性模拟装置，其特征在于:它包括主电路、三相交流电源、负载、上位机、控制电路和电压电流检测电路；所述主电路包括整流电路、滤波电路和Buck-Boost电力变换器，所述三相交流电源通过电源线与所述整流电路连接，所述整流电路将三相交流电整流成脉动直流电后传输至所述滤波电路，所述滤波电路对接收到的脉动直流电进行滤波后形成平稳的直流电；平稳的直流电传输至所述Buck-Boost电力变换器的输入端，所述Buck-Boost电力变换器的输出端连接所述负载；所述上位机通过串口线与所述控制电路连接，所述控制电路通过串口线接收所述上位机发出的流速和桨距角信号；所述控制电路控制所述电压电流检测电路对所述负载的电压值和电流值1_进行检测，并将检测结果反馈给所述控制电路，所述控制电路控制所述Buck-Boost电力变换器的导通和关断。2.如权利要求1所述的水轮机转速功率外特性模拟装置，其特征在于:所述控制电路包括微处理器、PI调节器和PWM驱动电路，所述微处理器通过串口线与所述上位机连接，所述微处理器产生一电压电流检测控制信号用于控制所述电压电流检测电路对所述负载的电压值和电流值1_进行检测，检测到的电压值和电流值I _反馈给所述微处理器；所述微处理器输出端经所述PI调节器连接所述PWM驱动电路。3.如权利要求2所述的水轮机转速功率外特性模拟装置，其特征在于:所述Buck-Boost电力变换器包括开关管VT、电感L、二极管VD和电容C，所述开关管VT采用NPN型三极管，所述滤波电路与所述开关管VT的集电极连接，所述PWM驱动电路与所述开关管VT的基极连接，所述电感L与所述开关管VT的发射极连接，所述二极管VD和电容C串联后与所述电感L并联，所述负载并联在所述电容C的两端。
【专利摘要】本实用新型涉及一种水轮机转速功率外特性模拟装置，其特征在于：它包括主电路、三相交流电源、负载、上位机、控制电路和电压电流检测电路；主电路包括整流电路、滤波电路和Buck-Boost电力变换器，三相交流电源通过电源线与整流电路连接，整流电路将三相交流电整流成脉动直流电后传输至滤波电路，滤波电路对脉动直流电进行滤波后形成平稳的直流电并传输至Buck-Boost电力变换器的输入端，Buck-Boost电力变换器的输出端连接负载；上位机通过串口线与控制电路连接；控制电路控制电压电流检测电路对负载的电压值和电流值Iout进行检测，并将检测结果反馈给控制电路，控制电路控制Buck-Boost电力变换器的导通和关断。
【IPC分类】H02M3/156, H02M7/217
【公开号】CN204652260
【申请号】CN201520342626
【发明人】张理, 罗耀华, 吴勇虎, 张亮, 尹丰, 李志川
【申请人】中国海洋石油总公司, 中海油研究总院, 哈尔滨工程大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月25日