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上海电力学院 – 双馈风力发电系统控制


应用背景


双馈风机系统中发电机的定子同传统的同步发电机一样是同电网直接相连的,而转子通过背靠背的电力电子变流桥与电网相连。通过电力电子装置来控制转子电压的频率和幅度,可使得即使发电机的转速不是同步速时,发电机定子仍然可以发出频率恒定的电能,从而实现一个变速恒频的系统。双馈系统的一个优良的特点是,发电机的转子侧通过电力电子装置同电网交换的功率只通过整个风机系统发出的功率的一部分,这样便于降低电力电子部件的造价和成本,因此很多大功率的风机选择的是双馈的拓扑结构。上海电力学院需要搭建了一个双馈风机实验平台用来做研究,并希望该平台拥有以下特点:

  • 易于控制:双馈风机的难点在于控制算法的编写,一个编程方便易于修改的控制器对于实验平台搭建来说是非常重要的。
  • 虚实结合:实验系统中能够使用真实的电机,以使实验结果更具真实性。


传统的基于DSP控制的实验平台存在着软件编程复杂,开发周期长等缺点,而基于RCP的实时仿真系统能够很好地帮助用户加快开发进度,完成算法验证。

 

基于StarSim的解决方案


上海远宽能源科技有限公司StarSim基于RCP的实时仿真平台可以算法模型自动生成代码并下载到MT RCP控制器上,无需额外的编程工作,即可实时处理控制算法并发出控制信号控制实物电机,上海电力学院选择StarSimRCP平台搭建的拓扑如下图所示



 

1——左边的快速控制原型仿真平台(RCP)运行电机的控制算法,通过StarSim RCP软件将控制算法模型下载到实时控制器中,通过实际物理连线把控制信号发送给实物硬件平台。
2——右边的实物硬件平台,接收来自控制器的控制信号,并将采集到的电机电压电流信号传送给控制器,形成实时闭环。

 

应用成果

下图是整个实验系统的照片,最右侧可以看到由直流电动机(用来在实验室环境中模拟风机)和感应发电机组成的机组,中间的电气柜布置着原动机调速器,IGBT及其驱动板,继电器开关等,最左边是弱电的控制柜,可以看到柜子中间的白色机箱,作为此项目中的实时控制器(变流器控制器)。



 

下图展示的是控制器控制发电机并网后的发电机转子电流以及定子的电压波形,采集波形时电机的旋转速度为20Hz(电频率),可以看到转子电流的频率为转差频率30Hz(50Hz-20Hz)。(注:控制程序的运行速率为8kHz

 


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