永磁直驱风力发电实验报告

实验一永磁同步风力发电系统接线实验

一、实验目的

1.掌握永磁同步风力发电系统的基本结构及组成；

2.掌握永磁同步风力发电实验系统各部分间的接线。

二、实验原理

1.永磁同步风力发电系统的结构及组成

永磁步风力发电系统主要由模拟风力发电机、双向变流器、电网以及电量监视仪表等部分组成。系统组成及控制原理框图如图1-1所示。

机侧变流器网侧变流器

图1-1永磁同步风力发电系统原理框图

2.模拟风力发电机

模拟风力发电机即永磁直驱风力发电机组，包括风力机及永磁同步发电机、和增量编码器等组成，其中风力机由三相异步变频调速电动机组成，其由单独地变频控制转动，来模拟风力机转动，如图1-2所示。另外，图1-3中的永磁直驱风力发电模拟系统控制柜里面包含三相变频器，是控制三相异步变频调速电机转动，模拟风机带动永磁同步电机转动发电，风力机的定子接线端接到该控制柜。图1-4中的直驱永磁风力发电机组变频柜里面包含机侧变流器和网侧变流器，是对永磁同步发电机发出的电进行PWM整流和逆变，增量编码器的A、A_、B、B_、Z、Z_信号输出端，以及永磁同步电机的定子输出端都要接到该控制柜。直驱永磁风力发电机组变频柜的输出端接到电网上，如图1-2所示。

增增增增增

增增增增增增增增增增增增增增

增增增

增增增增增增增增增增增增增增增

图1-2 永磁直驱发电机组结构图

图1-3 永磁直驱风力发电模拟系统控制柜

机侧控制

板

网侧

控制

板增量式

输入接

口

图1-4 永磁直驱风力发电机组变频柜

图1-5 电网接入端口

三、 实验内容及步骤

1. 实验准备

实验前请仔细阅读系统的安全操作说明及系统相关的使用说明书，识别并准备完成实验开始前所需的器件。

2. 实验步骤

1） 将机组中三相异步变频调速电动机的定子输入三相线接到永磁直驱风力发电模拟系统控制柜的U ，V ，W 端子上，注意变频器输出相序和风力机的定子输出相序一致。

2） 将机组中增量式编码器输出端口的A 、A _、B 、B _、Z 、Z _

信号输出端口接到永磁直驱

风力发电机组变频柜的机侧控制板上对应的增量式编码器输入接口。

3）将机组中永磁同步电机的定子输出三相线接到永磁直驱风力发电机组变频柜的输入U，V，W端子上。注意永磁同步电机的定子输出相序和永磁直驱风力发电机组变频柜的输入相序一致。

4）将永磁直驱风力发电机组变频柜输出的U１，V１，W１端子接入电网，注意接入电网时，将图１-５中的空气开关断开，禁止带电操作，同时注意电网相序和永磁直驱风力发电机组变频柜输出的相序和电网相序一致，因此实验前可以用相序表测一下电网相序。

5）完成后，在系统上电前，请仔细检查并确保前面各部分间的连接正确。

6）依次合上永磁直驱风力发电机组变频柜和永磁直驱风力发电模拟系统控制柜的“总电源”、“控制器电源”、“三相电源”开关，按下永磁直驱风力发电机组变频柜的“电源启动”按钮，此时交流接触器合上，算热风扇开始工作，触摸屏亮起。

7）按下触摸屏中网侧的“启动”按钮，此时“网侧运行”指示灯亮，在触摸屏中依次给定直流母线电压参考电压“600V”和无功电流参考“0A”指令，此时直流侧母线电压上升，观察触摸屏上的直流母线电压上升到600V后，说明网侧接线正确。接着，在触摸屏中，按下机侧启动按钮，此时“机侧运行”指示动亮，输入有功电流（1A）和无功电流（0A）指令，并将永磁直驱风力发电模拟系统控制柜启动控制为恒速，在触摸屏上观察到实际有功电流为1A，此时表明机侧接线正常。

8）停止系统运行时，依次先按下触摸屏中机侧变流器“stop”建，此时“机侧运行”指示灯熄灭，再将永磁直驱风力发电模拟系统控制柜的停机建按下，此时风机停止运行，接着将按下触摸屏中网侧变流器“stop”键，“网侧运行”指示灯熄灭，最后按下“电源停止”键，触摸屏熄灭。中间如出现故障，按下“急停按钮”，关闭各种电源。

四、实验报告

简述永磁同步风力发电系统的结构、组成及基本工作原理。

实验二、永磁同步风力发电机并网过程实验

一、 实验目的

1. 了解永磁同步风力发电机并网控制原理；

2. 掌握永磁同步风力发电机并网所需要满足的条件。

二、 实验原理

1. 永磁同步发电机的工作原理

永磁同步电机的工作原理与同步电机的工作原理是相同的。永磁发电机与励磁发电机的最大区别在于它的励磁磁场是由永磁体产生的。永磁体在电机中既是磁源，又是磁路的组成部分。永磁同步电机的转子磁极是用永久磁钢制成的，通过对磁极极面形状的设计使其在定、转子之间的气隙中产生呈正弦分布的转子磁场。该磁场的轴线与转子磁极的轴线重合，并随转子以同步速度旋转。因此矢量控制中的同步旋转轴系与转子旋转轴系重合。永磁同步电动机的定子磁场是由定子绕组中通以对称的交流电建立的，定子磁场在定、转子气隙中也呈正弦分布并以同步速度旋转。因此，当负载一定时，定、转子旋转磁场之间的差角一功率角是恒定的，通过折算并保持功率角为90度。这样，永磁同步发动机就和直流电动机基本相同了，可以实现解制，即转子磁场定向的矢量控制。

建立永磁同步发电机的数学模型,需先做以下假设：

（1） 忽略铁心磁饱和；

（2） 忽略发电机的齿槽效应；

（3） 转子磁链在气隙中呈正弦分布；

（4） 转子上没有阻尼绕组，不计涡流及磁滞损耗；

（5） 定子各相绕组参数一样，即各相绕组的电枢电阻值、电感值等。

永磁同步发电机的三相定、转子空间分布如图1所示，三相绕组在空间对称分布，沿着逆时针方向各绕组轴线互差120度电角度，转子按逆时针方向旋转，在上述规定下，定子绕组将产生三相正序电压。

A

图2-1. 永磁同步电机定、转子空间分布图 根据转子磁场定向得到的同步旋转坐标系下的永磁同步电机的定子电压方程为：

⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+---=++-=sq q f q sd q d e sq q a sq sd d sq d q e sd d a sd u L L i L L i L R dt

di u L i L L i L R dt di 1)1(1ψωω (2-1) 式中：e ω是电角频率；f ψ是永磁体的磁链；L d 、Lq 分别是发电机的d 轴和q 轴电感；