一種風力發電動態模擬實驗系統的製作方法
2023-05-18 16:34:01
一種風力發電動態模擬實驗系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種風力發電動態模擬實驗系統，通過網絡控制系統模塊的內置LABVIEW軟體，實現人機互動、風機控制、參數設置、信息查閱；PLC主控系統模塊接收系統模塊的信息並控制系統模塊的工作；偏航變槳系統模塊，用於偏航控制、槳距調節、槳角採集、異常保護；風力機發電系統模擬模塊，用於風速調節和轉速控制；變流系統模塊，用於電力變換、功率控制、轉矩控制、功率因數調節；檢測系統模塊，用於數字量採集和模擬量採集；安全保護系統模塊，用於實現機組的強風保護、參數越限保護、電壓電流保護、啟動與關機保護，緊急停機保護；觸控螢幕模塊，用於用戶手動輸入命令與信息實時顯示。此外，本發明操作方便，提供了性能優良的風力發電動態模擬實驗系統。
【專利說明】—種風力發電動態模擬實驗系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於新能源研究【技術領域】，尤其涉及一種風力發電動態模擬實驗系統。
【背景技術】
[0002]當前主流的風力發電系統包括:變速恆頻直驅型永磁同步風力發電系統和變速恆頻雙饋感應(DFIG)風力發電系統，DFIG風力發電系統採用I / 3部分功率電力電子接口，成本較低、體積較小，目前應用最為廣泛；直驅型永磁風力發電系統採用全功率電力電子接口、無需變速箱、運行範圍寬以及效率較高等優點，發展迅速，應用較廣，是近海大型風電機組的發展趨勢。
[0003]現有技術存在缺陷:如DFIG風力發電系統採效率略低且需要變速箱、維護成本聞。
【發明內容】
[0004]本發明實施例的目的在於提供一種風力發電動態模擬實驗系統，旨在解決現有技術存在的DFIG風力發電系統效率低、維護成本高的問題。
[0005]本發明實施例是這樣實現的，一種風力發電動態模擬實驗系統，所述風力發電動態模擬實驗系統包括:網絡控制系統模塊、PLC主控系統模塊、偏航變漿系統模塊、風力機模擬系統模塊、變流系統模塊、檢測系統模塊、安全保護系統模塊、觸控螢幕模塊；
[0006]網絡控制系統模塊，內置LABVIEW軟體，用於實現人機互動、風機控制、參數設置、查閱信息；
[0007]PLC主控系統模塊，與網絡控制系統模塊、偏航變漿系統模塊、風力機模擬系統模塊、變流系統模塊、檢測系統模塊、安全保護系統模塊、觸控螢幕模塊連接，用於接收系統模塊的信息並控制系統模塊的工作，有數據採集與統計，風機正常工作邏輯控制、故障診斷及保護；
[0008]偏航變槳系統模塊，與所述PLC主控系統模塊連接，接收所述PLC主控系統模塊的控制信號，用於偏航控制、槳距調節、槳角採集、異常保護；
[0009]風力機模擬系統模塊，與所述PLC主控系統模塊連接，接收所述PLC主控系統模塊的控制信號，用於風速調節和轉速控制；
[0010]變流系統模塊，與所述PLC主控系統模塊連接，接收所述PLC主控系統模塊的控制信號，用於電力變換、功率控制、轉矩控制、功率因數調節；
[0011 ] 檢測系統模塊，與所述PLC主控系統模塊連接，接收所述PLC主控系統模塊的控制信號，用於數字量採集和模擬量採集，檢測風速、風向、電機轉速、電機轉矩信號以及變流器直流母線的電壓、電流，變流器所有與網側相連的三相電壓和三相電流；
[0012]安全保護系統模塊，與所述PLC主控系統模塊連接，接收所述PLC主控系統模塊的控制信號，用於實現機組的強風保護、參數越限保護、電壓電流保護、啟動與關機保護，緊急停機保護；[0013]觸控螢幕模塊，與所述PLC主控系統模塊連接，接收所述PLC主控系統模塊的控制信號，用於用戶手動輸入命令與信息實時顯示。
[0014]進一步、所述偏航變槳系統模塊還包括:風輪模擬系統、變槳閉環控制、PLC、偏航閉環控制；
[0015]風輪模擬系統，與變槳閉環控制、Simens S7-226PLC、偏航閉環控制連接，用於使用電風扇轉動吹風來模擬實際風場風速和模擬實際槳葉的偏航和變漿運動；
[0016]PLC，與所述風輪模擬系統連接，接收所述風輪模擬系統連接的模擬信號，用於進行閉環控制運算和定位；
[0017]變漿閉環控制，與所述風輪模擬系統連接，接收所述風輪模擬系統連接的模擬信號，用於根據測得的風速計算出當前的最佳漿距角與實際漿距角β進行比較，實現變漿的目的；
[0018]偏航閉環控制，與所述風輪模擬系統連接，接收所述風輪模擬系統連接的模擬信號，向所述風輪模擬系統發送信號，用於根據測得的風向計算出應跟蹤的方位角α *,與實際電動轉臺的方位角α進行比較，實現偏航的目的。
[0019]進一步、所述PLC，還包括:
[0020]用於與主控制器S7-317PLC進行通信的RS485通信接口、用於進行閉環控制算法計算的中央處理器CPU模塊；
[0021]用於進行變漿閉環控制的I號定位模塊；
[0022]用於進行偏航閉環控制的2號定位模塊。
[0023]進一步、所述變漿閉環控制具體操作為:
[0024]第一步、根據測得的風速計算出當前的最佳漿距角與實際的位置信號1，即實際漿距角β進行比較；
[0025]第二步、進行閉環控制後經I號定位模塊發出脈衝信號；
[0026]第三步、經I號V80驅動器驅動伺服電機I帶動槳葉作水平圓周運動，實現變漿的目的。
[0027]進一步、所述偏航閉環控制具體操作為:
[0028]第一步、根據測得的風向計算出應跟蹤的方位角α *,與實際的位置信號2，即實際電動轉臺的方位角α進行比較；
[0029]第二步、進行閉環控制後經2號定位模塊發出脈衝信號；
[0030]第三步、經2號V80驅動器驅動伺服電機2帶動電動轉臺作水平圓周運動，實現偏航的目的。
[0031]進一步、所述變流系統模塊還包括:電子開關柔性負載、DSP處理器、FPGA模塊、光率禹隔尚驅動電路，主電路；
[0032]電子開關柔性負載，可以是對稱的、不對稱的、線性、非線性的感性、容性負載；
[0033]DSP處理器，用於提供電流傳感器檢測負載的三相電流ia、ib和i。，電壓傳感器檢測三相電壓ea、eb和e。，經過鎖相環得到電網電壓同步信號，經過同步旋轉矢量電流PI控制算法的計算可以得到調製度m ；
[0034]FPGA模塊，與光耦隔離驅動電路連接，傳遞PWM觸發信號給光耦隔離驅動電路，通過SPI總線接收DSP處理器計算最終的結果m、鎖相環相位角Θ和鎖相頻率fnrt，採用空間矢量脈寬調製SVPWM算法形成6路帶有死區的PWM觸發信號；
[0035]光耦隔離驅動電路，與所述FPGA模塊連接，接收傳遞PWM觸發信號，用於將所述FPGA模塊輸出的PWM信號經過放大，隔離，形成具有真正驅動能力的驅動信號去驅動逆變器主電路的各個功率開關管工作；
[0036]主電路，與所述光耦隔離驅動電路連接，接收光耦隔離驅動電路驅動信號，由直流穩壓電源給6個功率開關管供電。
[0037]本發明提供的風力發電動態模擬實驗系統，通過網絡控制系統模塊的內置LABVIEff軟體，實現人機互動、風機控制、參數設置、查閱信息；PLC主控系統模塊接收系統模塊的信息並控制系統模塊的工作；偏航變槳系統模塊，用於偏航控制、槳距調節、槳角採集、異常保護；風力機模擬系統模塊，用於風速調節和轉速控制；變流系統模塊，用於電力變換、功率控制、轉矩控制、功率因數調節；檢測系統模塊，用於數字量採集和模擬量採集；安全保護系統模塊，用於實現機組的強風保護、參數越限保護、電壓電流保護、啟動與關機保護，緊急停機保護；觸控螢幕模塊，用於用戶手動輸入命令與信息實時顯示。此外，本發明操作方便，提供了性能優良的風力發電動態模擬實驗系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1是本發明實施例提供的風力發電動態模擬實驗系統結構框圖；
[0039]圖中:1、網絡控制系統模塊；2、PLC主控系統模塊；3、偏航變槳系統模塊；4、風力機模擬系統模塊；5、變流系統模塊；6、檢測系統模塊；7、安全保護系統模塊；8、觸控螢幕系統模塊；
[0040]圖2是本發明實施例提供的偏航變漿系統模塊示意圖；
[0041]圖中:3_1、風輪模擬系統；3_2、變槳閉環控制；3_3、PLC ;3_4、偏航閉環控制；
[0042]圖3是本發明實施例提供的風力機模擬系統模塊結構示意圖；
[0043]圖4是本發明實施例提供的變流系統模塊核心硬體變流器單元結構框圖；
[0044]圖中:5-1、電子開關柔性負載；5_2、DSP處理器；5_3、FPGA模塊；5_4、光耦隔離驅動電路；5-5、主電路。
【具體實施方式】
[0045]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0046]圖1示出了本發明提供的風力發電動態模擬實驗系統結構。為了便於說明，僅僅不出了與本發明相關的部分。
[0047]本發明的風力發電動態模擬實驗系統，該風力發電動態模擬實驗系統包括:網絡控制系統模塊、PLC主控系統模塊、偏航變漿系統模塊、風力機模擬系統模塊、變流系統模塊、檢測系統模塊、安全保護系統模塊、觸控螢幕模塊；
[0048]網絡控制系統模塊，內置LABVIEW軟體，用於實現人機互動、風機控制、參數設置、
查閱信息；
[0049]PLC主控系統模塊，與網絡控制系統模塊、偏航變漿系統模塊、風力機模擬系統模塊、變流系統模塊、檢測系統模塊、安全保護系統模塊、觸控螢幕模塊連接，用於接收系統模塊的信息並控制系統模塊的工作，有數據採集與統計，風機正常工作邏輯控制、故障診斷及保護；
[0050]偏航變槳系統模塊，與PLC主控系統模塊連接，接收PLC主控系統模塊的控制信號，用於偏航控制、槳距調節、槳角採集、異常保護；
[0051 ] 風力機模擬系統模塊，與PLC主控系統模塊連接，接收PLC主控系統模塊的控制信號，用於風速調節和轉速控制；
[0052]變流系統模塊，與PLC主控系統模塊連接，接收PLC主控系統模塊的控制信號，用於電力變換、功率控制、轉矩控制、功率因數調節；
[0053]檢測系統模塊，與PLC主控系統模塊連接，接收PLC主控系統模塊的控制信號，用於數字量採集和模擬量採集，檢測風速、風向、電機轉速、電機轉矩信號以及變流器直流母線的電壓、電流，變流器所有與網側相連的三相電壓和三相電流；
[0054]安全保護系統模塊，與PLC主控系統模塊連接，接收PLC主控系統模塊的控制信號，用於實現機組的強風保護、參數越限保護、電壓電流保護、啟動與關機保護，緊急停機保護；
[0055]觸控螢幕模塊，與PLC主控系統模塊連接，接收PLC主控系統模塊的控制信號，用於用戶手動輸入命令與信息實時顯示。
[0056]作為本發明實施例的一優化方案，偏航變槳系統模塊還包括:風輪模擬系統、變槳閉環控制、PLC、偏航閉環控制；
[0057]風輪模擬系統，與變槳閉環控制、PLC、偏航閉環控制連接，用於使用電風扇轉動吹風來模擬實際風場風速和模擬實際槳葉的偏航和變漿運動；
[0058]PLC，與風輪模擬系統連接，接收風輪模擬系統連接的模擬信號，用於進行閉環控制運算和定位；
[0059]變漿閉環控制，與風輪模擬系統連接，接收風輪模擬系統連接的模擬信號，用於根據測得的風速計算出當前的最佳漿距角與實際漿距角β進行比較，實現變漿的目的；
[0060]偏航閉環控制，與風輪模擬系統連接，接收風輪模擬系統連接的模擬信號，向風輪模擬系統發送信號，用於根據測得的風向計算出應跟蹤的方位角與實際電動轉臺的方位角α進行比較，實現偏航的目的。
[0061]作為本發明實施例的一優化方案，PLC，還包括:
[0062]用於與主控制器S7-317PLC進行通信的RS485通信接口、用於進行閉環控制算法計算的中央處理器CPU模塊；
[0063]用於進行變漿閉環控制的I號定位模塊；
[0064]用於進行偏航閉環控制的2號定位模塊。
[0065]作為本發明實施例的一優化方案，變漿閉環控制具體操作為:
[0066]第一步、根據測得的風速計算出當前的最佳漿距角與實際的位置信號1，即實際漿距角β進行比較；
[0067]第二步、進行閉環控制後經I號定位模塊發出脈衝信號；
[0068]第三步、經I號V80驅動器驅動伺服電機I帶動槳葉作水平圓周運動，實現變漿的目的。[0069]作為本發明實施例的一優化方案，偏航閉環控制具體操作為:
[0070]第一步、根據測得的風向計算出應跟蹤的方位角α *,與實際的位置信號2，即實際電動轉臺的方位角α進行比較；
[0071]第二步、進行閉環控制後經2號定位模塊發出脈衝信號；
[0072]第三步、經2號V80驅動器驅動伺服電機2帶動電動轉臺作水平圓周運動，實現偏航的目的。
[0073]作為本發明實施例的一優化方案，變流系統模塊還包括:電子開關柔性負載、DSP處理器、FPGA模塊、光耦隔離驅動電路，主電路；
[0074]電子開關柔性負載，可以是對稱的、不對稱的、線性、非線性的感性、容性負載；
[0075]DSP處理器，用於提供電流傳感器檢測負載的三相電流ia、ib和i。，電壓傳感器檢測三相電壓ea、eb和e。，經過鎖相環得到電網電壓同步信號，經過同步旋轉矢量電流PI控制算法的計算可以得到調製度m ；
[0076]FPGA模塊，與光耦隔離驅動電路連接，傳遞PWM觸發信號給光耦隔離驅動電路，通過SPI總線接收DSP處理器計算最終的結果m、鎖相環相位角Θ和鎖相頻率fnrt，採用空間矢量脈寬調製SVPWM算法形成6路帶有死區的PWM觸發信號；
[0077]光耦隔離驅動電路，與FPGA模塊連接，接收傳遞PWM觸發信號，用於將FPGA模塊輸出的PWM信號經過放大，隔離，形成具有真正驅動能力的驅動信號去驅動逆變器主電路的各個功率開關管工作；
[0078]主電路，與光耦隔離驅動電路連接，接收光耦隔離驅動電路驅動信號，由直流穩壓電源給6個功率開關管供電。
[0079]下面結合附圖及具體實施例對本發明的應用原理作進一步描述。
[0080]如圖1所示，本發明的風力發電動態模擬實驗系統主要包括網絡控制系統模塊1、PLC主控系統模塊2、偏航變漿系統模塊3、風力機模擬系統模塊4、變流系統模塊5、檢測系統模塊6、安全保護系統模塊7及觸控螢幕模塊8八大部分；
[0081]網絡控制系統模塊I連接PLC主控系統模塊2，內置LABVIEW軟體，起到人機互動的功能，包括風機控制，參數設置，查閱信息等；
[0082]PLC主控系統模塊2連接所有模塊，接收信息並控制其工作，主要有數據採集與統計，風機正常工作邏輯控制，故障診斷及保護等；
[0083]觸控螢幕模塊8連接PLC主控系統模塊2，用於用戶手動輸入命令與信息實時顯示；
[0084]偏航變槳系統模塊3主要包括風輪模擬系統3-l、PLC3-2、變漿閉環控制3_3和偏航閉環控制3-4四個部分，組成結構如圖2所示，連接PLC主控系統模塊2，用於偏航控制，槳距調節，槳角採集和異常保護；
[0085]風輪模擬系統3-1用電風扇轉動吹風來模擬實際風場風速，自製的小型風標上安裝有風速傳感器和風向傳感器，分別測得電風扇所產生風的風速和風向；為模擬實際槳葉的偏航和變漿運動，特採用如圖2所示的轉動平臺的水平圓周運動來模擬偏航運動，位於轉動平臺中心的槳葉的水平圓周運動來模擬實際的變漿運動，實驗效果表現為:當電風扇搖頭時，轉動平臺始終保持與電風扇同步搖頭；當電風扇風速檔位由一檔依次調到三檔(設定風扇一檔為低速，三檔為高速)時，槳葉逐漸偏離最初的迎風面積最大的方向；
[0086]PLC3-2包括用於與主控制器S7-317PLC進行通信的RS485通信接口、用於進行閉環控制算法計算的中央處理器CPU226模塊、用於進行變漿閉環控制的I號EM253定位模塊、用於進行偏航閉環控制的2號EM253定位模塊；
[0087]變漿閉環控制3-3，首先根據測得的風速計算出當前的最佳漿距角β *,與實際的位置信號1，即實際漿距角β進行比較，進行閉環控制後經I號定位模塊發出脈衝信號，最後經I號V80驅動器驅動伺服電機I帶動槳葉作水平圓周運動，實現變漿的目的；
[0088]偏航閉環控制3-4，首先根據測得的風向計算出應跟蹤的方位角α *,與實際的位置信號2，即實際電動轉臺的方位角α進行比較，進行閉環控制後經2號定位模塊發出脈衝信號，最後經2號V80驅動器驅動伺服電機2帶動電動轉臺作水平圓周運動，實現偏航的目的；
[0089]風力機模擬系統模塊4連接PLC主控系統模塊2，用於風速調節和轉速控制；
[0090]如圖3所示，變流系統模塊5主要由電子開關柔性負載5-l、DSP處理器5_2、FPGA模塊5-3、光耦隔離驅動電路5-4，主電路5-5組成，連接PLC主控系統模塊2，用於電力變換，功率控制，轉矩控制，功率因數調節；
[0091]電子開關柔性負載5-1，可以是對稱的或不對稱的、線性或非線性的感性、容性負載；
[0092]DSP處理器5-2中，電流傳感器檢測負載的三相電流ia、ib和i。，電壓傳感器檢測三相電壓ea、eb和e。，經過鎖相環得到電網電壓同步信號，將電壓傳感器直流側穩壓電容的電壓Ud。送入直流電壓調節器與指令電壓Uref比較產生有功電流id*，三相電流ia、ib和經過PARK變換得到實際的有功電流成分id和無功電流成分i,，id*、i,*、id和i,經過同步旋轉矢量電流PI控制算法的計算可以得到調製度m ；
[0093]FPGA模塊5-3中，FPGA模塊5_3通過SPI總線接收DSP處理器計算最終的結果m、鎖相環相位角Θ和鎖相頻率fnrt，採用空間矢量脈寬調製SVPWM算法形成6路帶有死區的PWM觸發信號傳給光耦隔離驅動電路；
[0094]光耦隔離驅動電路5-4中，光耦隔離驅動電路將FPGA輸出的PWM信號經過放大，隔離，形成具有真正驅動能力的驅動信號去驅動逆變器主電路的各個功率開關管工作；
[0095]主電路5-5中，由直流穩壓電源給6個功率開關管供電，受光耦隔離驅動電路驅動信號控制工作；
[0096]檢測系統模塊6連接PLC主控系統模塊2，用於數字量採集和模擬量採集，檢測風速、風向、電機轉速、電機轉矩信號以及變流器直流母線的電壓、電流，變流器所有與網側相連的三相電壓和三相電流；
[0097]安全保護系統模塊7連接PLC主控系統模塊2，用於實現機組的強風保護，參數越限保護，電壓電流保護，啟動與關機保護，緊急停機保護。
[0098]本發明構建基於現有的變速恆頻直驅型永磁同步風力發電系統和變速恆頻雙饋感應(DFIG)風力發電系統兩種主流風力發電技術的實驗平臺，第一步，構建變速恆頻直驅型永磁同步電機風力併網發電動態模擬平臺，將能夠提供完整的直驅型風力發電系統的動態模擬實驗條件，能滿足相關教學和科研的要求，第二步，構建變速恆頻雙饋感應風力併網發電動態模擬平臺，將能夠提供完整的雙饋型風力發電系統的動態模擬實驗條件，滿足相關教學和科研的要求；
[0099]網絡控制系統模塊I在LABVIEW開發環境下開發包含基於風速模型的風能模擬以及風輪模擬等，幫助師生掌握和開發包括風能特性以及風機基本工作原理，具有可視化、模型可選、參數可調等特點，可開展變槳控制、偏航控制等上機實驗，任意時刻實際風力發電動態模擬硬體平臺只響應一臺計算機的控制命令，可同時用於多人次(一人一臺計算機)的研究工作；
[0100]主控系統模塊2採用西門子的S7-317PLC，系統軟體用程序模塊化結構設計，各種功能以子程序結構適時調用實現；程序採用循環掃描方式對主程序進行處理，提高程序執行效率；程序設計通用性強，並具有全面的保護功能和一定的智能性；人機界面友好、方便操作；
[0101]風力機模擬系統模塊4採用交流機模擬方案，基於交流電機的動態風機模擬系統主要由變頻器和異步電動機組成，如圖3所示；
[0102]變頻器通過串行通信接收來自PLC的轉速指令驅動異步電機轉動，從而拖動永磁同步發電機空載或併網發電運行；
[0103]風力機轉速計算模型採集風速信號(亦可以產生風速)，從光電編碼盤獲得電機轉速與位置信息，經過相應的風機模擬器程序運算將給定電磁轉矩指令輸給矢量變頻器，變頻器通過控制輸出定子電壓控制異步電動機的電磁轉矩，使得異步電動機能夠為發電機提供類似於實際風機特性的機械轉矩；
[0104]原動機部分主要由三部分組成，一臺2對極，額定轉速為1500r / min，額定功率為5.5kff的籠型異步電動機；一塊與變頻器模擬信號給定相連的接口電路，其主要完成模擬系統控制器脈衝輸出轉矩信號的整形濾波與相關計算；
[0105]變頻器按照給定轉速進行電動機的轉矩控制；
[0106]特在變流系統模塊5所有與網側相連的地方另外加裝兩個PT單元用於測量線電壓Uab和ua。，三個CT單元用於測量相電流ia、ib和i。，用以為實驗以後進一步擴展繼電保護等實驗平臺提供足夠的測量點。
[0107]本發明的工作原理為:用戶通過觸控螢幕模塊8手動輸入命令，同時觸控螢幕模塊8對信息進行實時顯示；網絡控制系統模塊I連接PLC主控系統模塊2，通過內置的LABVIEW軟體開發包含基於風速模型的風能模擬以及風輪模型並進行人機互動，包括風機控制，參數設置，查閱信息等，幫助師生掌握和開發包括風能特性以及風機基本工作原理；PLC主控系統模塊2接收各模塊信息並控制後續模塊完成對應的工作:偏航變槳系統模塊3用於實現偏航控制，槳距調節，槳角採集和異常保護，風力機模擬系統模塊4用於風速調節和轉速控制，變流系統模塊5用於電力變換，功率控制，轉矩控制，功率因數調節；檢測系統模塊6用於數字量採集和模擬量採集，檢測風速、風向、電機轉速、電機轉矩信號以及變流器直流母線的電壓、電流，變流器所有與網側相連的三相電壓和三相電流；安全保護系統模塊7用於實現機組的強風保護，參數越限保護，電壓電流保護，啟動與關機保護，緊急停機保護。
[0108]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種風力發電動態模擬實驗系統，其特徵在於，所述風力發電動態模擬實驗系統包括:網絡控制系統模塊、PLC主控系統模塊、偏航變漿系統模塊、風力機系統模擬模塊、變流系統模塊、檢測系統模塊、安全保護系統模塊、觸控螢幕模塊； 網絡控制系統模塊，用於實現人機互動、風機控制、參數設置、查閱信息；PLC主控系統模塊，與網絡控制系統模塊、偏航變漿系統模塊、風力機模擬系統模塊、變流系統模塊、檢測系統模塊、安全保護系統模塊、觸控螢幕模塊連接，用於接收系統模塊的信息並控制系統模塊的工作，有數據採集與統計，風機正常工作邏輯控制、故障診斷及保護；偏航變槳系統模塊，與所述PLC主控系統模塊連接，接收所述PLC主控系統模塊的控制信號，用於偏航控制、槳距調節、槳角採集、異常保護； 風力機模擬系統模塊，與所述PLC主控系統模塊連接，接收所述PLC主控系統模塊的控制信號，用於風速調節和轉速控制； 變流系統模塊，與所述PLC主控系統模塊連接，接收所述PLC主控系統模塊的控制信號，用於電力變換、功率控制、轉矩控制、功率因數調節； 檢測系統模塊，與所述PLC主控系統模塊連接，接收所述PLC主控系統模塊的控制信號，用於數字量採集和模擬量採集，檢測風速、風向、電機轉速、電機轉矩信號以及變流器直流母線的電壓、電流，變流器所有與網側相連的三相電壓和三相電流； 安全保護系統模塊，與所述PLC主控系統模塊連接，接收所述PLC主控系統模塊的控制信號，用於實現機組的強風保護、參數越限保護、電壓電流保護、啟動與關機保護，緊急停機保護； 觸控螢幕模塊，與所述PLC主控系統模塊連接，接收所述PLC主控系統模塊的控制信號，用於用戶手動輸入命令與信息實時顯不。
2.如權利要求1所述的風力發電動態模擬實驗系統，其特徵在於，所述偏航變槳系統模塊還包括:風輪模擬系統、變槳閉環控制、PLC、偏航閉環控制； 風輪模擬系統，與變槳閉環控制、PLC、偏航閉環控制連接，用於使用電風扇轉動吹風來模擬實際風場風速和模擬實際槳葉的偏航和變漿運動； PLC，與所述風輪模擬系統連接，接收所述風輪模擬系統連接的模擬信號，用於進行閉環控制運算和定位； 變漿閉環控制，與所述風輪模擬系統連接，接收所述風輪模擬系統連接的模擬信號，用於根據測得的風速計算出當前的最佳漿距角與實際漿距角β進行比較，實現變漿的目的； 偏航閉環控制，與所述風輪模擬系統連接，接收所述風輪模擬系統連接的模擬信號，向所述風輪模擬系統發送信號，用於根據測得的風向計算出應跟蹤的方位角與實際電動轉臺的方位角α進行比較，實現偏航的目的。
3.如權利要求2所述的風力發電動態模擬實驗系統，其特徵在於，所述PLC，還包括: 用於與主控制器S7-317PLC進行通信的RS485通信接口、用於進行閉環控制算法計算的中央處理器模塊； 用於進行變漿閉環控制的I號定位模塊； 用於進行偏航閉環控制的2號定位模塊。
4.如權利要求2所述的風力發電動態模擬實驗系統，其特徵在於，所述變漿閉環控制具體操作為: 第一步、根據測得的風速計算出當前的最佳漿距角與實際的位置信號1，即實際漿距角β進行比較； 第二步、進行閉環控制後經I號定位模塊發出脈衝信號； 第三步、經I號V80驅動器驅動伺服電機I帶動槳葉作水平圓周運動，實現變槳的目的。
5.如權利要求2所述的風力發電動態模擬實驗系統，其特徵在於，所述偏航閉環控制具體操作為: 第一步、根據測得的風向計算出應跟蹤的方位角α *,與實際的位置信號2，即實際電動轉臺的方位角α進行比較； 第二步、進行閉環控制後經2號定位模塊發出脈衝信號； 第三步、經2號V80驅動器驅動伺服電機2帶動電動轉臺作水平圓周運動，實現偏航的目的。
6.如權利要求1所述的風力發電動態模擬實驗系統，其特徵在於，所述變流系統模塊還包括:電子開關柔性負載、DSP處理器、FPGA模塊、光耦隔離驅動電路，主電路； 電子開關柔性負載，可以是對稱的、不對稱的、線性、非線性的感性、容性負載； DSP處理器，用於提供電流傳感器檢測負`載的三相電流ia、ib和i。，電壓傳感器檢測三相電壓ea、eb和e。，經過鎖相環得到電網電壓同步信號，經過同步旋轉矢量電流PI控制算法的計算可以得到調製度m; FPGA模塊，與光耦隔離驅動電路連接，傳遞PWM觸發信號給光耦隔離驅動電路，通過SPI總線接收DSP處理器計算最終的結果m、鎖相環相位角Θ和鎖相頻率fnrt，採用空間矢量脈寬調製SVPWM算法形成6路帶有死區的P麗觸發信號； 光耦隔離驅動電路，與所述FPGA模塊連接，接收傳遞PWM觸發信號，用於將所述FPGA模塊輸出的PWM信號經過放大，隔離，形成具有真正驅動能力的驅動信號去驅動逆變器主電路的各個功率開關管工作； 主電路，與所述光耦隔離驅動電路連接，接收光耦隔離驅動電路驅動信號，由直流穩壓電源給6個功率開關管供電。
【文檔編號】G05B19/418GK103713598SQ201310722043
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】張廣明, 李俊, 嵇保健, 王德明 申請人:南京工業大學