基于雙轉子電機變速恒頻風力發電的測試系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種基于雙轉子電機變速恒頻風力發電的測試系統，該系統包括模擬電機、雙轉子電機、發電機、控制系統、交流變頻調速驅動柜和變頻器，其中雙轉子電機包括滑環、內轉子和外轉子；發電機包括定子和轉子；模擬電機通過軸一與雙轉子電機的內轉子聯接；內轉子上設置三相繞組，并通過滑環與變頻器連接，變頻器通過電路連接與交流變頻調速驅動柜相連；雙轉子電機通過軸二與發電機的轉子聯接，發電機定子設置三相繞組通過電路與交流變頻調速驅動柜連接；交流變頻調速驅動柜通過電路連接與模擬電機連接；交流變頻調速驅動柜通過數據電纜與控制系統相連；交流變頻調速驅動柜外接電網。本系統具有節能環保、操作方便、成本低以及運行可靠等優點。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種基于雙轉子電機變速恒頻風力發電的測試系統。
技術介紹
能源與環境是當今世界各國所面臨的兩大難題，風能其所具有的取之不盡、用之不竭、不污染環境、不破壞生態的特點決定了在保證未來人類社會可持續發展中必然扮演重要角色。但是風力是一種不穩定的動力源，風速時刻在變化；而風力發電機與電網并網時要求風電的頻率保持恒定。因此，變速恒頻技術是風力發電領域內的一個關鍵技術。目前變速恒頻的風力發電技術主要有感應發電機型、雙饋發電機型、永磁直驅發電機型等類型。雖然現今已有很多的發電技術方案，更多的高效的方案也將不斷地推出，但簡便易行且集成化的發電測試系統目前還未見報道，這使得在前期的開發以及后期的完善無法更加高效地進行，風力技術的開發也受到限制。因此開發一種具有操作方便、成本低、運行可靠、節能等優點的發電測試系統顯得尤為重要。
技術實現思路
針對雙轉子電機風力發電系統的檢測系統空缺的問題，本技術提供了一種風力發電系統的檢測系統。為了實現節能環保、操作方便、運行可靠等目的，本技術具體的實現方案如下基于雙轉子電機變速恒頻風力發電的測試系統，該系統包括模擬電機、雙轉子電機、發電機、控制系統、交流變頻調速驅動柜和變頻器，其中雙轉子電機包括滑環、內轉子和外轉子；發電機包括定子和轉子；模擬電機通過軸一與雙轉子電機的內轉子聯接；內轉子上設置三相繞組，并通過滑環與變頻器連接，變頻器通過電路連接與交流變頻調速驅動柜相連；雙轉子電機通過軸二與發電機的轉子聯接，發電機定子設置三相繞組通過電路與交流變頻調速驅動柜連接；交流變頻調速驅動柜通過電路連接與模擬電機連接；交流變頻調速驅動柜通過數據電纜與控制系統相連；交流變頻調速驅動柜外接電網。模擬電機作為原動機，所述的原動機為電動機、內燃機、汽輪機或者水輪機，其動力來源于交流變頻調速驅動柜。模擬電機為繞線式三相異步電機或者鼠籠式三相異步電機，雙轉子電機和發電機為同步電機、鼠籠式三相異步電機、繞線式三相異步電機或者單相交流電機。雙轉子電機的外轉子與發電機的轉子復合成一個轉子，整個系統構成了兩個轉子、一個定子的嵌套結構。發電機和變頻器與交流變頻調速驅動柜連接且其為同一接口。變頻器與雙轉子電機的內轉子通過滑環進行電氣連接，其連接方式為接觸式電刷-滑環方式，變頻器上有電源接口且需要接入直流電源，所述的直流電源為蓄電池、電池組或者直流發電機。模擬電機與內轉子相聯接的軸一以及外轉子與發電機轉子相聯接的軸二的傳動類型為齒輪傳動、無級機械傳動、液壓傳動、液力傳動或者電氣傳動。交流變頻調速驅動柜外接電網，電網經電源電抗器與可將電網電壓轉換為直流電壓的非調節型電源模塊連接。交流變頻調速驅動柜的非調節型電源模塊通過直流母線與電機模塊連接，電機模塊作為可逆變器將直流電壓轉回交流電壓或者將交流電壓轉成直流電壓；各個電機模塊并聯到直流母線上；在電機模塊的輸出端連接正弦濾波器，在非調節型電源模塊輸出端連接電機電抗器。交流變頻調速驅動柜中的各個電機模塊通過電路連接分別與模擬電機和發電機連接。本系統具有節能環保、操作方便、成本低以及運行可靠等優點。同時，對本實用新 型的雙轉子電機以及發電機部分做相應的變化，本技術衍生的新的測試方法可以面對其他的風力發電系統。附圖說明圖I為基于雙轉子電機風力發電測試系統方案示意圖；其中I為模擬電機，2為軸一，3為滑環，4為外轉子，5為內轉子，6為雙轉子電機，7為軸二，8為定子，9為轉子，10為發電機，11為電網，12為控制系統，13為交流變頻調速驅動柜，14為變頻器。圖2為基于雙轉子電機風力發電測試系統工作原理圖；其中的各部分的代號同圖I。圖3為基于雙轉子電機風力發電測試系統中交流變頻調速驅動柜的構造簡圖；其中與圖一代號相同同圖1，21為直流電源，22為數據電纜，23為模擬電機接線，24為發電機與變頻器反饋接線，25為控制單元，26為外電源接線。圖4為基于雙轉子電機風力發電測試系統中交流變頻調速驅動柜的驅動結構簡圖；其中與圖I和圖3代號相同的同圖I或者圖3，15為電源電抗器，16為非調節型電源模塊，17為電機電抗器，18為直流母線，19為正弦濾波器，20為電機模塊。具體實施方式以下結合說明書的附圖，對本技術的具體實施方式做詳細地介紹。各附圖中的相同的代號表不本系統中的相同部分。基于雙轉子電機風力發電測試系統的總結構示意圖如圖一所示，主要由模擬電機I、雙轉子電機6、發電機10、交流變頻調速驅動柜13、控制系統12以及變頻器14組成，其中雙轉子電機6包括滑環3、內轉子5和外轉子；發電機10包括定子8和轉子9 ;模擬電機I通過軸一 2與雙轉子電機6的內轉子5聯接；內轉子5上設置三相繞組，并通過滑環3與變頻器14連接，變頻器14與交流變頻調速驅動柜13相連；雙轉子電機6通過軸二 7與發電機的轉子9聯接，發電機定子8設置三相繞組通過電路與交流變頻調速驅動柜13連接；交流變頻調速驅動柜13通過電路連接與模擬電機I連接；交流變頻調速驅動柜13通過數據電纜與控制系統12相連；交流變頻調速驅動柜13外接電網11。當整個系統開始運轉時，通過控制系統12任意選擇一個風力的模擬系統，控制系統12將這個系統中的模擬信號通過數據電纜22傳遞到交流變頻調速驅動柜13的控制單兀25,經控制單兀25的信號處理后,模擬信號傳遞到相應的電機模塊20以控制相應電機的運轉。在啟動交流變頻調速驅動柜13后，24V的直流電源21對控制單元25進行供電，控制單元25通過對非調節型電源模塊16的接通控制，交流變頻調速驅動柜13從電網11接受電能，輸入的電能經過電源電抗器15的處理后到達非調節型電源模塊16，其中電源電抗器15起到了限制低頻電源減輕電源模塊16中半導體負載的作用。非調節型電源模塊16將輸入的交流電壓轉化為直流電壓，非調節型電源模塊16的輸出的直流電流經過電機電抗器17的處理后輸送給直流母線18。接到控制單元25指示的電機模塊20依照模擬信號從直流母線18接收相應的電功率，同時電機模塊20作為逆變器將直流電壓重新轉化為交流電壓，電機模塊20輸出的電功率經過正弦濾波器19的處理后輸送到模擬電機I，使模擬電 機I根據風力模擬系統的信號以相應的轉速進行轉動，達到真實模擬自然風的目的。由于非調節型電源模塊16將交流電轉化為直流電的功能，同時，電機模塊20能實現直流交流的相互轉化，模擬電機I與發電機10都通過電機模塊20并聯在直流母線18上，這樣使得了作為電動機的模擬電機I與模擬電機I拖動的發電機10之間可以通過直流母線18進行能量的循環，從而實現節能環保的目的，同時，各部分之間的能量經過轉化后是以直流電流的形式進行循環利用，這樣高效地輕松地實現了變頻調速的目的。模擬電機I轉動后，同時其通過軸一 2帶動內轉子5相對于外轉子4進行旋轉，在旋轉過程中產生的電磁力矩將帶動外轉子4做同向的轉動，外轉子4則通過軸二 7帶動發電機10的轉子9做相同方向的運動，但是內轉子5與外轉子4的速度可能不等。由于模擬電機I模擬自然風，所以其轉速不穩定，若直接將其轉速傳遞給發電機10，則有三相繞組的發電機10的定子8產生電功率將不恒定，無法滿足電網的接入要求。當內轉子5的繞組得到一個小電流時，因電磁感應現象便會產生一個低速的旋轉磁本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于雙轉子電機變速恒頻風力發電的測試系統，其特征在于,該系統包括模擬電機（1）、雙轉子電機（6）、發電機（10）、控制系統（12）、交流變頻調速驅動柜（13）和變頻器（14），其中雙轉子電機（6）包括滑環（3）、內轉子（5）和外轉子；發電機（10）包括定子（8）和轉子（9）；模擬電機（1）通過軸一（2）與雙轉子電機（6）的內轉子（5）聯接；內轉子（5）上設置三相繞組，并通過滑環（3）與變頻器（14）連接，變頻器（14）通過電路連接與交流變頻調速驅動柜（13）相連；雙轉子電機（6）通過軸二（7）與發電機的轉子（9）聯接，發電機定子（8）設置三相繞組通過電路與交流變頻調速驅動柜（13）連接；交流變頻調速驅動柜（13）通過電路連接與模擬電機（1）連接；交流變頻調速驅動柜（13）通過數據電纜與控制系統（12）相連；交流變頻調速驅動柜（13）外接電網（11）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周斯加，楊勇，龍江啟，夏景演，蘇忠根，
申請(專利權)人：溫州大學，
類型：實用新型
國別省市：