一種模擬風力機的實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模擬風力機的實驗裝置，包括數(shù)字模擬器、計算機、PCI數(shù)據(jù)采集卡、電機驅(qū)動器、電動機、聯(lián)軸器1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、聯(lián)軸器2、發(fā)電機、電流傳感器、電壓傳感器。數(shù)字模擬器中的風力機數(shù)學模型，根據(jù)輸入的風速曲線、槳距角、發(fā)電機反饋轉(zhuǎn)速計算出風力機轉(zhuǎn)矩，風力機轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機反饋轉(zhuǎn)矩經(jīng)數(shù)字模擬器中的PID控制器計算得到電機轉(zhuǎn)矩指令。數(shù)字模擬器在每個采樣周期通過PCI數(shù)據(jù)采集卡對轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器采樣獲得發(fā)電機的反饋轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，同時將電機轉(zhuǎn)矩指令輸送給電機驅(qū)動器，調(diào)節(jié)電動機的輸出轉(zhuǎn)矩帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動。本發(fā)明可在不具備風場環(huán)境或風力機的實驗室，模擬風力機在實際工況下的運行特性。
【專利說明】一種模擬風力機的實驗裝置
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于風力發(fā)電【技術(shù)領域】，涉及一種模擬風力機的實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)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(huán)境和風力機，這也就阻礙了風力發(fā)電控制技術(shù)的發(fā)展。且風能通常隨著環(huán)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(fā)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(huán)境中的實際工況，以便在實驗室對風力發(fā)電機組控制技術(shù)進行深入研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有風力機模擬裝置中控制系統(tǒng)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。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種模擬風力機的實驗裝置，其特征在于包括數(shù)字模擬器、計算機、PCI數(shù)據(jù)采集卡、電機驅(qū)動器、電動機、聯(lián)軸器1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、聯(lián)軸器2、發(fā)電機、電流傳感器、電壓傳感器；運行于計算機中的數(shù)字模擬器包含風力機數(shù)學模型與控制系統(tǒng)模型，風力機數(shù)學模型根據(jù)輸入的風速、槳距角、發(fā)電機轉(zhuǎn)速計算出風力機轉(zhuǎn)矩，風力機轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機轉(zhuǎn)矩經(jīng)PID控制器得到電機轉(zhuǎn)矩指令；PCI數(shù)據(jù)采集卡的A/D輸入與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電流傳感器、電壓傳感器相連，D/A輸出與電機驅(qū)動器相連，數(shù)字模擬器通過PCI數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序在每個采樣周期對轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩指令輸送給電機驅(qū)動器，電機驅(qū)動器調(diào)節(jié)電動機的輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)聯(lián)軸器1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、聯(lián)軸器2帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動，模擬風力機在實際工況下的運行特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]附圖1是本發(fā)明模擬風力機的實驗裝置整體結(jié)構(gòu)圖。
[0006]附圖2是模擬風力機的實驗裝置的機電傳動結(jié)構(gòu)圖。
[0007]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】
[0008]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0009]如圖1所示，一種模擬風力機的實驗裝置，包括數(shù)字模擬器、計算機、PCI數(shù)據(jù)采集卡、電機驅(qū)動器、電動機、聯(lián)軸器1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、聯(lián)軸器2、發(fā)電機、電流傳感器、電壓傳感器。其中，電動機、聯(lián)軸器1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、聯(lián)軸器2、發(fā)電機構(gòu)成了風力機模擬裝置的機電傳動系統(tǒng)；數(shù)字模擬器、計算機、PCI數(shù)據(jù)采集卡、電機驅(qū)動器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電流傳感器、電壓傳感器構(gòu)成了風力機模擬裝置的計算機控制系統(tǒng)。
[0010]參照圖1、圖2對模擬風力機的實驗裝置的機電傳動系統(tǒng)進行說明。電動機通過聯(lián)軸器I與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器相連，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器通過聯(lián)軸器2與發(fā)電機相連，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器用于測量發(fā)電機在運行過程中的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的反饋值，電機驅(qū)動器根據(jù)PCI數(shù)據(jù)采集卡輸出的電機轉(zhuǎn)矩指令調(diào)節(jié)電動機在不同轉(zhuǎn)速下的輸出轉(zhuǎn)矩，使電動機的轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性與風力機的轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性一致。
[0011]參照圖1、圖3對模擬風力機的實驗裝置計算機控制系統(tǒng)進行說明。安裝于計算機的PCI插槽中的PCI數(shù)據(jù)采集卡具有A/D輸入、D/A輸出功能，PCI數(shù)據(jù)采集卡的A/D輸入與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電流傳感器、電壓傳感器相連，D/A輸出與電機驅(qū)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(shù)字模擬器，數(shù)字模擬器包含了風力機數(shù)學模型與控制系統(tǒng)模型，風力機數(shù)學模型可設定風力機的葉片長度等參數(shù)，且具有風速、槳距角、發(fā)電機轉(zhuǎn)速輸入接口以及風力機轉(zhuǎn)矩輸出接口 ；根據(jù)風速、槳距角、發(fā)電機反饋轉(zhuǎn)速由風力機數(shù)學模型可計算出風力機轉(zhuǎn)矩，風力機轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機反饋轉(zhuǎn)矩采用PID控制器可計算出電機轉(zhuǎn)矩指令。其中，風速曲線可通過在數(shù)字模擬器中通過程序建模產(chǎn)生，也可在實際風場環(huán)境中進行測量值獲得；發(fā)電機的反饋轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩由數(shù)字模擬器則通過PCI數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動程序在每個采樣周期采集轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器獲得；電動機的指令轉(zhuǎn)矩由數(shù)字模擬器通過PCI數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動程序在每個控制周期輸送給電機驅(qū)動器；電動機帶動發(fā)電機產(chǎn)生的電能接入直驅(qū)風力發(fā)電機組全功率變流器，電流傳感器、電壓傳感器用于測量發(fā)電機的輸出電流、電壓值，計算發(fā)電機的產(chǎn)生的實際功率。
[0012]以上所述，僅為本發(fā)明最佳的實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領域】的人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化、替換或改進，都應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬風力機的實驗裝置，其特征在于包括數(shù)字模擬器、計算機、PCI數(shù)據(jù)采集卡、電機驅(qū)動器、電動機、聯(lián)軸器1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、聯(lián)軸器2、發(fā)電機、電流傳感器、電壓傳感器；所述的運行于計算機中的數(shù)字模擬器包含風力機數(shù)學模型與控制系統(tǒng)模型，風力機數(shù)學模型根據(jù)輸入的風速、槳距角、發(fā)電機轉(zhuǎn)速計算出風力機轉(zhuǎn)矩，風力機轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機轉(zhuǎn)矩經(jīng)PID控制器得到電機轉(zhuǎn)矩指令；所述的PCI數(shù)據(jù)采集卡的A/D輸入與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電流傳感器、電壓傳感器相連，D/A輸出與電機驅(qū)動器相連，數(shù)字模擬器通過PCI數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序在每個采樣周期對轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩指令輸送給電機驅(qū)動器，電機驅(qū)動器調(diào)節(jié)電動機的輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)聯(lián)軸器1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、聯(lián)軸器2帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動，模擬風力機在實際工況下的運行特性。
【文檔編號】G05B17/02GK103970035SQ201410231317
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】向中凡, 李科, 杜福銀, 彭韜, 黃磊, 吳興江, 陳濤 申請人:西華大學