专利名称：直驱型风力发电机变频控制器闭环试验系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风力发电领域，尤其涉及直驱型风力发电机变频控制器。
背景技术：
目前的直驱型风力发电机常采用无增速齿箱叶轮直接驱动永磁同步发电机技术， 其全部电功率通过配套变频器并网后体现，由此，风机的并网电气特性实际上是由变频器的电气特性来决定。对于一些风电发展较为发达的国家，均建立有国家级的入网检测标准，风电入网需先经电网认可部门做入网检测，达标后才得以允许，但我国目前的情况是绝大部分风电机组都没系统的做过入网检测，主要原因是由于缺少检测手段。虽然也做一些入网检测，如就风力发电机的低电压穿越能力言，目前只能代用低电压穿越车来进行试验，由于该试验需要耗费巨大的人力、物力和时间长，并受风电现场许多不确定因素的影响以及风力发电机的一些其他适网性能(例如对系统频率的适应性)制约，检测的范围和效果均存在一定的局限性，致使在实际运行中，难免由于电网波动或其它异常导致大批风力发电机的脱网。 这些问题的存在都与对其中的关键环节变频控制器检测不力有关。
实用新型内容基于上述因素，本实用新型的目的就在于克服现有技术手段的不足，对直驱型风力发电机变频控制器提供一种试验灵活、可靠快速和能进行多种类型试验的闭环试验系统。本实用新型直驱型风力发电机变频控制器闭环试验系统，是一个实时、仿真的数字模型式校验平台，由风力发电机实时仿真系统和模拟电网环境构成，其特征在于所述的发电机实时仿真系统如图1所示，包含有能建立数字模型的实时数字仿真工作站9、能进行实时计算的RTDS实时数字仿真器1、模拟量输出板卡2、模拟量输入板卡3、数字量输入板卡 4、数字量输出板卡7、开关量转换装置5、直驱型风力发电机变频控制器6和直驱型风力发电机主控制器8，其中的RTDS实时数字仿真器1试验平台的核心，它通过模拟量输出板卡2 与直驱型风机变频器控制器6连接，输出0 IOv的电压量到该变频器控制器6，同时又通过模拟量输入板3与风机主控8连接，接受来自这里的0 IOV电压量，另一方面，RTDS仿真器1又通过数字量输入板卡4与开关量转换装置5连接，该转换装置5又与直驱型风机变频控制器6连接，同时，风机变频控制器6将自身通过计算得出的变频器各阀的触发脉冲通过数字量输入板卡4输回到实时数字仿真器1，如此便形成了一个闭环试验的系统，这里， RTDS实时数字仿真器1所输出的是变频器各可控阀电流、箱式变压器低压侧三相电压和各风力发电机相关断路器的位置节点信号等各物理量，而接收到的是变频控制器发出的变频器各可控阀的控制触发脉冲(fir印ulse)及主控制器计算出的有功功率、无功功率，以此， 在已建立的电网环境配合下，构成了一个实时仿真系统。所述的实时仿真数字模型式校验平台中的模拟电网环境如图2所示，包括有风力机、变频器、风力发电机出口箱变、风电场主输线、主变压器、等值系统及模拟系统中各故障点。该实时数字仿真工作系统是一个闭环检测平台，它的整体作用就是在已建立的电网环境配合下，对直驱型风力发电机变频控制器进行闭环试验，由此用来判定直驱型风力发电机变频控制器的工作特性。整个试验过程中，永磁直驱发电机接收风力机输出的机械功率，与变频器连接，变频器与箱变连接，箱变与主变连接，主变通过传输线与等值系统连接，同时同步发电机通过另外的线路也与等值系统连接，以此构成一个闭环试验模型，可在实验过程中能调节风速、控制风机并网、解网和改变风机的控制模式，另外，在风机箱式变高压侧、主变高压侧及传输线上共六个点还设置有各类故障试验点K，依此连接方式试验， 进行故障类型、故障持续时间及过渡电阻的大小等的调节，实现对直驱型风力发电机变频控制器完成闭环性能试验。同时，通过RTDS实时数字仿真器这个闭环试验平台，除去对直驱型风力发电机变频控制器进行深入的仿真研究外，尚可一方面考核直驱型风力发电机变频控制器的动作特性，另一方面可以研究设备对系统安全稳定性的影响，进而来保证风电接入电网后的安全稳定运行。通过本直躯型风力发电机变频控制器闭环系统试验后，所得试验结果与同型号的直驱同步发电机现场录波图进行比较吻合程度较高，表明该闭环试验系统试验结果符合实际，并且该试验方法操作简单，方便实用。
图1是本实用新型的仿真系统拓扑图。图2是本实用新型仿真模型一次系统示意。图中各英文代号为K为各故障点，T为变压器，DL为短路器，L、M、N均为母线。
具体实施方式
本实用新型是一种基于RTDS仿真器的直驱型风力发电机变频控制器闭环试验仿真校验平台，由RTDS实时数字仿真工作站、RTDS实时数字仿真器及其各类输入、输出接口、 风力发电机主控制器、变频控制器联接构成。其中的实时数字仿真工作站与实时数字仿真器通过以太网相互连接，而RTDS仿真器与各输出输入板卡的连接为光纤，其它设备之间的连接为硬线连接。如图1，RTDS仿真器1，通过模拟量输出板卡2将模拟量输出到变流控制器6的模拟量采集通道，同时，通过数字量输出板卡7和开关量转换装置5将其数字量连接输出到变流控制器6的数字量采集通道，后又通过数字量输入板卡4将变频控制器6所产生的脉冲信号回输到RTDS仿真器，另一方面，RTDS仿真器1还与风机主控8的模拟量输入通道连接，可将采集到的模拟量后经模拟量输入板卡3送回到RTDS仿真器，以此完成仿真检测。上述的整个闭环检测需有模拟的电网环境配合，如图2所示，该电网环境包括等值系统、四条母线、两条线路、至少七个断路器DL1 DL7、三台主变压器T1 T3、一个永磁直驱发电机、一个变频器、一个风力机及至少六个短路故障试验点K1^6，其具体连接方式为永磁直驱发电机接受风力机输出的机械功率，并与变频控制器连接，变频器通过风力发电机断路器DL1与箱变低压侧连接，箱变高压侧与主变低压侧连接，主变高压侧通过断路器 DL2, DL3与母线L、N连接，母线M、L的另外一侧通过断路器DL4与等值系统连接，同步发电机连接到变压器T3低压侧，变压器T3高压侧通过断路器DL5、DL6、线路MN、DL7与等值系统连接，短路试验点K1连接到风场侧35kV母线上，短路试验点K2连接到风场侧220kV母线上， 短路试验点K3连接到线路LN的风电场侧，短路试验点K4连接到线路LN中间(在试验过程中可以改变K2在线路中间的位置)，短路试验点K5连接到线路LN的等值系统侧，短路试验点K6连接到等值系统侧母线上。 上述连接方式即成为一个仿真工作试验平台，通过该平台来完成直驱型风力发电机的并网模拟、风速变化、低电压穿越能力验证、高电压穿越能力验证、系统频率偏移、系统振荡、风力机功率调节、风力机运行方式调节等全面风机的性能。
权利要求1.直驱型风力发电机变频控制器闭环试验系统，是一个实时、仿真数字式校验平台，由风力发电机实时仿真系统和模拟电网环境构成，其特征在于所述风力发电机的实时仿真系统由实时数字仿真工作站(9)、RTDS实时数字仿真器(1)、模拟量输出板卡O)、模拟量输入板卡C3)、数字量输入板卡(4)、数字量输出板卡(7)、开关量转换装置( 、直驱型风力发电机变频器控制器(6)、直驱型风力发电机主控制器(8)构成，其中的RTDS实时数字仿真器(1)是闭环试验系统中的核心，与实时数字仿真工作站通过以太网连接，一方面，它通过模拟量输出板卡( 与直驱型风机变频器控制器(6)连接输出电压值，同时又通过模拟量输入板卡C3)与风机主控制器(8)连接接收电压值，另一方面，RTDS仿真器(1)又通过数字量输出板卡(4)与开关量转换装置( 连接，输出数字信号到直驱型风机变频器控制器 (6)，同时，风机变频器控制器(6)将自身通过计算得出的变频器各阀的触发脉冲通过数字量输入板卡(4)回输到实时仿真器(1)，如此便形成了一个闭环试验的系统；所述建立的电网环境包括有风力机、变频器、风力发电机出口箱变、风电场主输线、主变压器、等值无穷大系统及模拟系统中各故障点。
2.根据权利要求1所述的直驱型风力发电机变频控制器闭环试验系统，其特征在于所述的电网环境中，风力机一个，变频器一个，两条线路和四条母线，三台主变压器T1 T3，至少七个断路器DL1 DL7、至少六个短路故障试验点K1 K6，永磁直驱发电机一个，其具体连接方式为永磁直驱发电机接受风力机输出的机械功率，并与变频器连接，变频器通过风力发电机主开关断路器DL1连接到箱变低压侧，该箱变的高压侧与主变低压侧连接，主变高压侧通过断路器DL2、DL3与线路LN连接，线路LN的另外一侧通过断路器DL4与等值系统连接，同步发电机连接到变压器T3低压侧，变压器T3高压侧通过断路器DL5、DL6、线路丽、DL7 与等值系统连接，短路试验点K1连接到风场侧35kV母线上，短路试验点K2连接到风场侧 220kV母线上，短路试验点K3连接到线路LN的风电场侧，短路试验点K4 一般连接到线路LN 中间位置，短路试验点K5连接到线路LN的等值系统侧，短路试验点K6连接到等值系统侧母线上。
专利摘要本实用新型涉及风力发电，是一个对直驱型风力发电机变频控制器进行实时、仿真的闭环试验系统，包括有实时数字仿真工作站、RTDS实时数字仿真器、模拟量输出和输入板卡、数字量输出和输入板卡、开关量转换装置、直驱型风力发电机变频器控制器和风力发电机主控器，其中，RTDS仿真器通过以太网与仿真工作站连接，并与各类输入输出板卡通过光纤连接，其余设备之间为硬线连接。在此系统中，所述仿真工作站的作用是建立包括电网环境和风力发电机在内的实时仿真模型，而数字仿真器则通过运算将电压、电流量及并网主开关的位置接点输出到变频控制器，同时接收变频控制器输入的来自变频器上各阀的触发脉冲，使仿真模型中的直驱型风机能在变频控制器及风机主制控制器的指令下安全运行。本实用新型试验操作简单、方便实用。
文档编号G05B23/02GK202110440SQ20112018421
公开日2012年1月11日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者乔彩霞, 尹柏清, 张鹏, 王江萍, 王蕴敏 申请人:内蒙古自治区电力科学研究院