[實用新型]一種模擬風力機的實驗裝置

有效

• 申請號: 201420279434.5
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN203950135U
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 李科;向中凡;杜福銀;彭韜;黃磊;吳興江;陳濤
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本實用新型屬于風力發電技術領域，涉及一種模擬風力機的實驗裝置。

背景技術

風力發電機組的控制系統通常較為復雜，一般需在實驗室完成前期的研究與探索。然而，實驗室一般不具備實際風場環境和風力機，這也就阻礙了風力發電控制技術的發展。且風能通常隨著環境和氣候而變化，即使在實際風場中采用真實的風力機，也較難全面地研究風力發電機組的工作狀況。因此，有必要建立一套實驗裝置模擬風力機在任意風場環境中的實際工況，以便在實驗室對風力發電機組控制技術進行深入研究。

發明內容

本實用新型針對現有風力機模擬裝置中控制系統設計繁瑣，不便于模擬風力機在實際工況下的運行特性的問題，提供一種模擬風力機的實驗裝置。

本實用新型的技術方案：一種模擬風力機的實驗裝置，其特征在于包括數字模擬器、計算機、PCI數據采集卡、電機驅動器、電動機、聯軸器1、轉速轉矩傳感器、聯軸器2、發電機、電流傳感器、電壓傳感器；運行于計算機中的數字模擬器包含風力機數學模型與控制系統模型，風力機數學模型根據輸入的風速、槳距角、發電機轉速計算出風力機轉矩，風力機轉矩與發電機轉矩經PID控制器得到電機轉矩指令；PCI數據采集卡的A/D輸入與轉速轉矩傳感器、電流傳感器、電壓傳感器相連，D/A輸出與電機驅動器相連，數字模擬器通過PCI數據采集卡驅動程序在每個采樣周期對轉速轉矩傳感器、電流傳感器、電壓傳感器進行測量，同時將計算出的電機轉矩指令輸送給電機驅動器，電機驅動器調節電動機的輸出轉矩經聯軸器1、轉速轉矩傳感器、聯軸器2帶動發電機轉動，模擬風力機在實際工況下的運行特性。

附圖說明

附圖1是本發明模擬風力機的實驗裝置整體結構圖。

附圖2是模擬風力機的實驗裝置的機電傳動結構圖。

附圖3是模擬風力機的實驗裝置的計算機控制框圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型進一步說明。

如圖1所示，一種模擬風力機的實驗裝置，包括數字模擬器、計算機、PCI數據采集卡、電機驅動器、電動機、聯軸器1、轉速轉矩傳感器、聯軸器2、發電機、電流傳感器、電壓傳感器。其中，電動機、聯軸器1、轉速轉矩傳感器、聯軸器2、發電機構成了風力機模擬裝置的機電傳動系統；數字模擬器、計算機、PCI數據采集卡、電機驅動器、轉速轉矩傳感器、電流傳感器、電壓傳感器構成了風力機模擬裝置的計算機控制系統。

參照圖1、圖2對模擬風力機的實驗裝置的機電傳動系統進行說明。電動機通過聯軸器1與轉速轉矩傳感器相連，轉速轉矩傳感器通過聯軸器2與發電機相連，轉速轉矩傳感器用于測量發電機在運行過程中的轉速、轉矩的反饋值，電機驅動器根據PCI數據采集卡輸出的電機轉矩指令調節電動機在不同轉速下的輸出轉矩，使電動機的轉速—轉矩特性與風力機的轉速—轉矩特性一致。

參照圖1、圖3對模擬風力機的實驗裝置計算機控制系統進行說明。安裝于計算機的PCI插槽中的PCI數據采集卡具有A/D輸入、D/A輸出功能，PCI數據采集卡的A/D輸入與轉速轉矩傳感器、電流傳感器、電壓傳感器相連，D/A輸出與電機驅動器相連；利用計算機中的Matlab/Simulink工具箱或其他高級語言建立風力機的實驗裝置的數字模擬器，數字模擬器包含了風力機數學模型與控制系統模型，風力機數學模型可設定風力機的葉片長度等參數，且具有風速、槳距角、發電機轉速輸入接口以及風力機轉矩輸出接口；根據風速、槳距角、發電機反饋轉速由風力機數學模型可計算出風力機轉矩，風力機轉矩與發電機反饋轉矩采用PID控制器可計算出電機轉矩指令。其中，風速曲線可通過在數字模擬器中通過程序建模產生，也可在實際風場環境中進行測量值獲得；發電機的反饋轉速、轉矩由數字模擬器則通過PCI數據采集卡的驅動程序在每個采樣周期采集轉速轉矩傳感器獲得；電動機的指令轉矩由數字模擬器通過PCI數據采集卡的驅動程序在每個控制周期輸送給電機驅動器；電動機帶動發電機產生的電能接入直驅風力發電機組全功率變流器，電流傳感器、電壓傳感器用于測量發電機的輸出電流、電壓值，計算發電機的產生的實際功率。

以上所述，僅為本實用新型最佳的實施方式，本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化、替換或改進，都應包含在本實用新型的保護范圍之內。