一种风力发电排故系统及其排故方法与流程

本发明属于电力教学技术领域，具体涉及一种风力发电排故系统及其排故方法。

背景技术：

大规模利用风力发电是减少空气污染(可减少CO₂，SO₂，NO₂，CO等的排放量)的有效措施之一，丹麦提出要在2000年达到风力发电占全国总发电量的10％，欧共体也提出要在下世纪20年代初达到这个目标(目前只占0.5％)。目前全世界每年生产的风力发电机总容量达30万千瓦，风电每千瓦·时的电价约为6美分。

我国于50年代后期开始近代风力发电技术的研究工作，1957～1958年在江苏、吉林、辽宁、新疆等地建造了一些功率在10千瓦以下，风轮直径在10米以下的小型风力发电装置，其后处于停滞状态，1975年以后，特别是70年代末，80年代初以来，一些部门的研究机构及大学相继开展了风力发电的研究工作。然而在实验教学领域中，针对风力发电的教学实训装置并不多见，尤其是对风力发电故障的研究装置。实际的风力发电系统结构复杂庞大，无法使学生进行实际操作，达不到实训研究的目的。

专利一种模拟自然风的风力发电教学实训装置(公开号：CN202217424U)公开了一种包括模拟自然风装置和风力发电装置的实训装置，该实用新型在实训室内实现风向跟踪的风力发电控制过程，模拟自然风的装置，用鼓风机模拟自然风，其风力大小，风吹方向可以改变，鼓风机转速由变频器控制。但是该实用新型只达到了模拟风力发电系统的工作过程，无法对风力发电系统所出现的故障进行模拟实训，针对性不强，无法深入了解学习风力发电系统应对的故障问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种风力发电排故系统及其排故方法，针对性强，适用于室内风力发电教学实训，尤其是对风力发电系统的排故进行全面实训。

本发明提供了如下的技术方案：

一种风力发电排故系统，包括相互连接的模拟风场和排故系统，所述排故系统包括机柜和设在所述机柜内的控制操作系统，所述控制操作系统包括相互连接的故障操作系统和发电控制系统，所述故障操作系统包括依次相互连接的风力排故控制箱、PLC和上机位，所述PLC连接所述发电控制系统，所述发电控制系统包括变频器、风光互补控制器、蓄电池和负载，所述变频器和所述风光互补控制器分别连接所述模拟风场，所述风光互补控制器和所述蓄电池相互连接，所述负载分别连接所述风光互补控制器和所述蓄电池。

优选的，所述模拟风场包括模拟风源和风力发电机，所述模拟风源分别连接所述变频器和所述风力发电机，所述风力发电机连接所述风光互补控制器，通过所述变频器驱动控制所述模拟风场，实现风力控制。

优选的，所述故障操作系统还包括触摸屏和分别和所述触摸屏相互连接的风速仪和仪表显示单元，所述触摸屏和所述上机位相互连接，实现系统通讯，方便学生操作观察实验各项参数。

优选的，所述风光互补控制器与所述风力发电机之间设有第一交流断路器，所述第一交流断路器控制所述模拟风场的风力发电输入。

优选的，所述负载包括直流负载单元和交流负载单元，所述直流负载单元连接所述风光互补控制器，所述交流负载单元连接所述蓄电池，所述蓄电池和所述交流负载单元之间设有逆变器，实现交直流变换。

优选的，所述直流负载单元和所述风光互补控制器之间设有第一直流断路器，控制直流负载的开启与断开，所述蓄电池和所述逆变器之间设有第二直流断路器，控制所述蓄电池接入所述逆变器，所述逆变器和所述交流负载单元之间设有第二交流断路器，控制交流负载的开启与断开。

优选的，所述发电控制系统还包括功率可调电阻器，所述功率可调电阻器连接所述风光互补控制器，所述风光互补控制器和所述功率可调电阻器之间设有第三直流断路器，实现控制可调发电输出功率。

所述风力发电排故系统的排故方法：

S1：将所述各断路器闭合，检查各器件负载工作状态是否正常；

S2：所述风力发电排故系统处在正常工作状态时，通过所述风力排故控制箱设定故障点，所述PLC根据所述风力排故控制箱的设定控制所述发电控制系统出现相应故障后，关闭所述风力排故控制箱；

S3：学生或实验人员正常启动所述发电控制系统并将所述风力排故控制箱通电，根据正常系统现象与故障现象对比，进行故障排除，找到故障点后，关闭系统，用线连接故障点后，观察系统是否正常工作，达到排故效果。

本发明的有益效果是：通过排故控制箱控制PLC进行故障设置，操作简单，方便学生进行风力发电的教学实训；具有多种显示仪表，可实时观察实验中各项参数；模拟风场和排故系统相结合，全面模拟真实风力发电系统，适用于研究风力发电系统的各种问题。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明系统结构原理示意图；

图2是本发明的排故系统外部结构示意图；

图中标记为：1.机柜；2.触摸屏；3.断路器；4.风速仪；5.仪表显示单元；6.风机排故控制箱；7.风光互补控制器；8.功率可调电阻器；9.PLC；10.上机位；11.变频器；12.逆变器；13.蓄电池；14.直流负载单元；15.交流负载单元。

具体实施方式

如图1-2所示，排故系统包括机柜1和设在机柜1内的控制操作系统，控制操作系统包括相互连接的故障操作系统和发电控制系统，故障操作系统包括依次相互连接的风力排故控制箱6、PLC9和上机位10，PLC9连接发电控制系统，故障操作系统还包括触摸屏2和分别和触摸屏2相互连接的风速仪4和仪表显示单元5，仪表显示单元5显示风力发电机输出的三相电压与电流、蓄电池13的电压、风光互补控制器7的直流负载输出电流、逆变器12的输出电压与电流，触摸屏2和上机位10相互连接，实现系统通讯，上位机10可读取仪表的数据，并提供PLC9的远程进行故障的设置和排除，方便学生操作观察实验各项参数。

如图1-2所示，一种风力发电排故系统的发电控制系统包括变频器11、风光互补控制器7、蓄电池13和负载，模拟风源分别连接变频器11和风力发电机，通过变频器11驱动控制模拟风源，实现风力控制。风力发电机连接风光互补控制器7，风光互补控制器7与风力发电机之间设有交流断路器，交流断路器控制风力发电机的风力发电输入。风光互补控制器7和蓄电池13相互连接，负载分别连接风光互补控制器7和蓄电池13。

如图1-2所示，负载包括直流负载单元14和交流负载单元15，直流负载单元14连接风光互补控制器7，交流负载单元15连接蓄电池13，蓄电池13和交流负载单元15之间设有逆变器12，实现交直流变换。直流负载单元14和风光互补控制器7之间设有直流断路器，控制直流负载的开启与断开，直流负载单元14可为直流LED灯和直流风扇，方便查看负载工作状态；蓄电池13和逆变器12之间设有直流断路器，控制蓄电池13接入逆变器12，逆变器12和交流负载单元15之间设有交流断路器，控制交流负载的开启与断开，交流负载单元15可为交流报警灯和交流风扇，方便查看逆变器12带载工作状态和负载工作状态。进一步地，发电控制系统还包括功率可调电阻器8，功率可调电阻器8连接风光互补控制器7，风光互补控制器7和功率可调电阻器8之间设有直流断路器，实现控制可调发电输出功率。

如图1-2所示，本发明的排故方法：

S1：将各断路器3闭合，检查各器件负载工作状态是否正常；

S2：风力发电排故系统处在正常工作状态时，通过风力排故控制箱6设定故障点，PLC9根据风力排故控制箱6的设定控制发电控制系统出现相应故障后，关闭风力排故控制箱6；

S3：学生或实验人员正常启动发电控制系统并将风力排故控制箱6通电，根据正常系统现象与故障现象对比，进行故障排除，找到故障点后，关闭系统，用线连接故障点后，观察系统是否正常工作，达到排故效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。