一種波浪能-潮流能綜合測試平臺及工況模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋潮流能、波浪能發(fā)電及工況測試技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種波浪能-潮流能綜合測試平臺及工況模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]波浪能、潮流能是一種新型的清潔能源，涉及波浪能、潮流能發(fā)電的相關(guān)技術(shù)、測試平臺及方法直接關(guān)系到波浪能、潮流能是否能大規(guī)模利用與開發(fā)。波浪能-潮流能綜合測試平臺可用于波浪能、潮流能發(fā)電特性的模擬及性能測試，為波浪能、潮流能發(fā)電提供必要的測試手段及實(shí)驗(yàn)平臺，判斷其性能滿足需求。然而，目前波浪能、潮流能測試平臺均為單一功能的測試平臺，僅能滿足波浪能發(fā)電或潮流能發(fā)電的測試，無法同時滿足波浪能與潮流能的測試，這使得測試平臺的應(yīng)用受到了一定的限制。另外，潮流能工況模擬通過拖動電機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)，而波浪能發(fā)電的特點(diǎn)決定了現(xiàn)有的工況模擬方法尚無法適用。因此，很有必要研究出同時適用于滿足波浪能、潮流能發(fā)電測試綜合測試平臺及其工況模擬的方法，以檢驗(yàn)波浪能、潮流能發(fā)電技術(shù)與裝備的可行性與可靠性，同時降低裝置成本，提高測試效率，滿足實(shí)際工程應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種波浪能-潮流能綜合測試平臺及工況模擬方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種波浪能-潮流能綜合測試平臺，其特征在于:它包括波浪能-潮流能工況模擬系統(tǒng)和波浪能-潮流能試驗(yàn)控制系統(tǒng)，所述波浪能-潮流能試驗(yàn)控制系統(tǒng)對所述波浪能-潮流能工況模擬系統(tǒng)進(jìn)行控制；所述波浪能-潮流能工況模擬系統(tǒng)包括拖動電機(jī)側(cè)變流器、永磁同步拖動電機(jī)、緊急制動、慣性輪、永磁同步發(fā)電機(jī)、永磁直線發(fā)電機(jī)、切換開關(guān)、發(fā)電機(jī)側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器和供電變壓器；所述拖動電機(jī)側(cè)變流器與所述永磁同步拖動電機(jī)、緊急制動、慣性輪、永磁同步發(fā)電機(jī)依次連接構(gòu)成潮流能工況模擬系統(tǒng)，并通過所述切換開關(guān)與所述發(fā)電機(jī)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器構(gòu)成的發(fā)電系統(tǒng)連接；所述永磁直線發(fā)電機(jī)作為波浪能工況模擬系統(tǒng)，其也通過所述切換開關(guān)與所述發(fā)電系統(tǒng)連接；所述供電變壓器的高壓側(cè)與電網(wǎng)連接，所述供電變壓器的低壓側(cè)以及所述發(fā)電系統(tǒng)中的網(wǎng)側(cè)變流器與所述拖動電機(jī)側(cè)變流器連接，共同為整個波浪能-潮流能工況模擬系統(tǒng)供電。
[0005]所述波浪能-潮流能試驗(yàn)控制系統(tǒng)包括模擬信號采集與輸入處理系統(tǒng)、功率分析儀和上位機(jī)系統(tǒng)；所述上位機(jī)系統(tǒng)根據(jù)仿真海況數(shù)據(jù)或?qū)嶋H海測數(shù)據(jù)生成相關(guān)控制信號，并通過CAN通訊總線發(fā)送到所述波浪能-潮流能工況模擬系統(tǒng)中的相關(guān)電氣單元；所述波浪能-潮流能工況模擬系統(tǒng)中的相關(guān)電氣單元根據(jù)接收到的控制信號分別對潮流能工況和波浪能工況進(jìn)行工況模擬；所述模擬信號采集與輸入處理系統(tǒng)采集所述波浪能-潮流能工況模擬系統(tǒng)中相關(guān)電氣單元的模擬信號，經(jīng)所述功率分析儀處理后發(fā)送到所述上位機(jī)系統(tǒng)；所述上位機(jī)系統(tǒng)根據(jù)接收到的模擬信號對所述波浪能-潮流能工況模擬系統(tǒng)進(jìn)行性能分析。
[0006]所述上位機(jī)系統(tǒng)包括一轉(zhuǎn)矩特性模塊、一摩擦前饋模塊、一保護(hù)系統(tǒng)、一拖動機(jī)控制單元、一液壓模擬控制系統(tǒng)、一發(fā)電機(jī)控制單元、一網(wǎng)側(cè)控制單元、一拖動電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)、一永磁同步發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和一永磁直線發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)；所述轉(zhuǎn)矩特性模塊根據(jù)由仿真海況數(shù)據(jù)或?qū)崪y海況數(shù)據(jù)得到的潮流能-轉(zhuǎn)矩特性曲線輸出初始轉(zhuǎn)矩值信號并發(fā)送到所述保護(hù)系統(tǒng)，所述摩擦前饋模塊根據(jù)所述模擬信號采集與輸入處理系統(tǒng)采集的系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)引入軸系摩擦的前饋控制，輸出附加轉(zhuǎn)矩值信號并發(fā)送到所述保護(hù)系統(tǒng)；所述保護(hù)系統(tǒng)根據(jù)所述模擬信號采集與輸入處理系統(tǒng)采集的整個系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)對所述轉(zhuǎn)矩特性模塊和摩擦前饋模塊的轉(zhuǎn)矩輸出值進(jìn)行限幅后，生成相應(yīng)控制信號發(fā)送到所述拖動機(jī)控制單元對潮流能工況進(jìn)行模擬；所述液壓模擬控制系統(tǒng)根據(jù)波浪能-轉(zhuǎn)矩特性曲線輸出相應(yīng)控制信號到所述永磁直線發(fā)電機(jī)對波浪能工況進(jìn)行模擬；所述發(fā)電機(jī)控制單元用于對所述發(fā)電機(jī)側(cè)變流器進(jìn)行發(fā)電特性控制，所述網(wǎng)側(cè)控制單元用于對所述網(wǎng)側(cè)變流器中的電能進(jìn)行并網(wǎng)功率控制；所述拖動電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)、永磁同步發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和永磁直線發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)分別根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)對所述永磁同步拖動電機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)和永磁直線發(fā)電機(jī)進(jìn)行異常前保護(hù)。
[0007]所述模擬信號米集與輸入處理系統(tǒng)包括若干電流傳感器、若干電壓傳感器、若干溫度傳感器、若干振動傳感器和一轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速儀；所述電流傳感器和電壓傳感器分別設(shè)置在所述發(fā)電機(jī)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器的輸入端和輸出端；所述溫度傳感器和振動傳感器分別設(shè)置在所述永磁同步拖動電機(jī)、緊急制動、慣性輪和永磁同步發(fā)電機(jī)上；所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速儀設(shè)置在所述永磁同步發(fā)電機(jī)上，用于檢測所述永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；各傳感器所采集的模擬信號經(jīng)所述功率分析儀處理后發(fā)送到所述上位機(jī)系統(tǒng)。
[0008]所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速儀采用應(yīng)力傳感器和速度傳感器。
[0009]—種波浪能-潮流能綜合測試平臺工況模擬方法，包括以下步驟:1)波浪能-潮流能試驗(yàn)控制系統(tǒng)中的上位機(jī)系統(tǒng)根據(jù)仿真數(shù)據(jù)或海測數(shù)據(jù)得到各種潮流-轉(zhuǎn)矩特性以及波浪能位置-速度特性；2)根據(jù)實(shí)際需要，手動或自動控制切換開關(guān)在兩種工況模擬方式下進(jìn)行切換，即進(jìn)行潮流能工況模擬時，將切換開關(guān)與永磁同步發(fā)電機(jī)相連；進(jìn)行波浪能工況模擬時，將切換開關(guān)與永磁直線發(fā)電機(jī)相連；3)當(dāng)對潮流能工況進(jìn)行模擬時，上位機(jī)系統(tǒng)中的保護(hù)系統(tǒng)對轉(zhuǎn)矩特性模塊和摩擦前饋模塊輸出的轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行限幅后，生成相應(yīng)控制信號并發(fā)送到拖動機(jī)控制單元；4)拖動電機(jī)控制單元發(fā)送相應(yīng)轉(zhuǎn)矩控制信號到拖動電機(jī)側(cè)變流器進(jìn)行轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制；拖動電機(jī)側(cè)變流器根據(jù)拖動機(jī)控制單元的轉(zhuǎn)矩控制信號對永磁同步拖動電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制；拖動電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)根據(jù)模擬信號采集與輸入處理系統(tǒng)采集的系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，對永磁同步拖動電機(jī)進(jìn)行異常前保護(hù)；5)永磁同步拖動電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩依次經(jīng)緊急制動、慣性輪傳遞至永磁同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，永磁同步發(fā)電機(jī)所發(fā)電能通過切換開關(guān)輸送到發(fā)電機(jī)側(cè)變流器；6)發(fā)電機(jī)控制單元控制發(fā)電機(jī)側(cè)變流器對接收到的電能進(jìn)行處理；發(fā)電機(jī)側(cè)變流器處理后的電能發(fā)送到網(wǎng)側(cè)變流器，由網(wǎng)側(cè)控制單元對網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行并網(wǎng)功率控制；7)模擬信號采集與輸入處理系統(tǒng)中的各傳感器實(shí)時采集潮流能工況發(fā)電過程中潮流能工況模擬系統(tǒng)中各相關(guān)單元的模擬信號，經(jīng)功率分析儀處理后發(fā)送到上位機(jī)系統(tǒng)；8)上位機(jī)系統(tǒng)對接收到的各種模擬信號數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理、顯示和存儲，并對潮流能工況模擬系統(tǒng)的性能進(jìn)行評估；9)當(dāng)對潮流能工況進(jìn)行模擬時，液壓模擬控制系統(tǒng)根據(jù)波浪能位置-速度特性按位置對永磁直線發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行閉環(huán)控制，永磁直線發(fā)電機(jī)所發(fā)電能通過切換開關(guān)輸送到發(fā)電機(jī)側(cè)變流器；10)重復(fù)步驟6)到步驟8)，上位機(jī)系統(tǒng)根據(jù)模擬信號采集與輸入處理系統(tǒng)采集的各模擬數(shù)據(jù)對波浪能工況模擬系統(tǒng)的性能進(jìn)行評估。
[0010]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明由于設(shè)置的波浪能-潮流能工況模擬系統(tǒng)能夠同時對波浪能和潮流能工況進(jìn)行模擬，可以同時滿足波浪能、潮流能發(fā)電的性能測試與實(shí)驗(yàn)，測試效率高。2、本發(fā)明由于發(fā)電機(jī)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器構(gòu)成的發(fā)電系統(tǒng)將所發(fā)電能輸送至拖動電機(jī)側(cè)變流器，與供電變壓器一起共同為整個波浪能-潮流能工況模擬系統(tǒng)供電，提高了電能利用效率。3、本發(fā)明由于設(shè)置有保護(hù)系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)對輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行限幅，保證整個系統(tǒng)的安全運(yùn)行，提高了可靠性。4、本發(fā)明還設(shè)置有拖動電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)、永磁同步發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和永磁直線發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，可以根據(jù)系統(tǒng)