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TWI405390B - 風力發電模擬裝置 - Google Patents

風力發電模擬裝置 Download PDF

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TWI405390B
TWI405390B TW99114355A TW99114355A TWI405390B TW I405390 B TWI405390 B TW I405390B TW 99114355 A TW99114355 A TW 99114355A TW 99114355 A TW99114355 A TW 99114355A TW I405390 B TWI405390 B TW I405390B
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Taiwan
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TW99114355A
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Inventor
Jiann Fuh Chen
Yueh Hsin Liu
Chen Chieh Kao
Tsu Hua Ai
Original Assignee
Jiann Fuh Chen
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Wind Motors (AREA)

Description

風力發電模擬裝置
本發明是有關於一種發電模擬系統，特別是指一種風力發電模擬系統。
參閱圖1，一般而言，一風力發電裝置包含一風力渦輪機91、一永磁同步發電機92，及一調整單元93。
該風力渦輪機91受到風力影響而帶動該永磁同步發電機92以產生一第一交流電訊號，再經由該調整單元93調整該第一交流電訊號以產生一輸出交流電訊號，將該輸出交流電訊號傳送至一市電系統8上。
然而，該風力發電裝置在啟用之前，其系統可靠度必須經由系統模擬的程序，以取得該風力發電裝置在不同狀態時的相關狀態參數，然而，傳統上，由於風力發電裝置的設備相當龐大且昂貴，因此很難在建置之前就完成系統模擬，往往都需要等到建置完成後才得以進行系統模擬以進行相關參數的調校動作，此外，該風力發電裝置不論是否在正常運作或是系統模擬時，在啟動之前都需要先經過一燒機測試階段，以確保該風力發電裝置能夠提供可靠度高且頻率穩定的輸出交流電訊號之後，才會將該輸出交流電訊號傳送至該市電系統8上，所以，參閱圖2，當該風力發電裝置9在燒機測試階段時，該調整單元93之輸出端(即所謂負載端)需要電連接於一電阻性負載90，使得該永磁發電機921在燒機測試階段產生之交流電訊號的電能可以釋放掉，直到該永磁式發電機921完成燒機測試之後，再將該調整單元93之輸出端電連接於該市電系統8上，但這樣的做法導致於燒機測試階段時的大量電能將經由該電阻性負載90而浪費掉。
因此，如何設計出一個既可以模擬一風力發電裝置，又可以大幅降低進行系統模擬時無謂的電能浪費，是相當值得研究的議題。
因此，本發明之目的，即在提供一種風力發電模擬裝置，適用於接收一市電系統提供之一市電訊號，以模擬一永磁同步發電機提供之一變頻變壓訊號，其包含：一發電單元，與該市電系統電連接以接收該市電訊號，並轉換該市電訊號為一具有變頻變壓特性之第一交流電訊號，該發電單元包括：一第一變電模組，具有一與該市電系統電連接以接收該市電訊號之第一端，及一第二端，並將該市電訊號轉換為一第一直流電訊號，其中，該第一變電模組是一個單級交流-直流轉換器；及一第二變電模組，具有一與該第一變電模組之第二端電連接以接收該第一直流電訊號之第二端，及一第一端，並將該第一直流電訊號轉換為該第一交流電壓訊號；及一調整單元，分別與該發電單元及該市電系統電連接，以接收該第一交流電訊號並轉換該第一交流電訊號為一 第二交流電訊號，且輸出該第二交流電訊號至該市電系統，該調整單元包括：一第三變電模組，具有一與該發電單元電連接以接收該第一交流電訊號之第一端，及一第二端，並將該第一交流電訊號轉換為一第二直流電訊號；及一第四變電模組，具有一與該第三變電模組電連接以接收該第二直流電訊號之第一端，及一與該市電系統電連接之第二端，並將該第二直流電訊號轉換為一第二交流電訊號且傳送至該市電系統。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
本發明是利用一既有之市電系統所提供之一市電訊號，將其轉換為一變頻變壓的交流電訊號後，以模擬一風力發電裝置之永磁同步發電機所提供之一變頻變壓電訊號，進而可以據此設計出一風力發電模擬裝置，以作為一風力發電裝置之燒機測試平台。
參閱圖3，本發明之一較佳實施例，適用於接收一市電系統提供之一市電訊號，以模擬一永磁同步發電機提供之一變頻變壓訊號，其包含：一發電單元1及一調整單元2，其中，該發電單元1包括一具有一第一端111及一第二端112之第一變電模組11及一具有一第一端121及一第二端122之第二變電模組12，該調整單元2包括一具有一第一 端211及一第二端212之第三變電模組21，及一具有一第一端221及一第二端222之第四變電模組22。
該第一變電模組11之第一端111與該市電系統8電連接，其第二端112與該第二變電模組12之第一端121電連接，該第二變電模組12之第二端122則與該第三變電模組21之第一端211電連接，而該第三變電模組21之第二端212則與該第四變電模組22之第一端221電連接，最後，該第四變電模組22之第二端222與該市電系統8電連接。
在本實施例中，該第一變電模組11是以一單級交流-直流(AC-to-DC)轉換器來實現之，其接收市電訊號後將其轉換為一第一直流電訊號。而本實施例中，該第二變電模組12、第三變電模組21、第四變電模組22之詳細電路說明如下：參閱圖4，該第二變電模組12是以一個三相變流器實現之，其具有六個開關元件S 21 ~S 26 、六個二極體D 21 ~D 26 ，且每一開關元件與其對應之二極體以反向並聯方式電連接，因此，經由控制每一開關元件之導通與否，得以調整輸出電壓及頻率，其中，輸入電壓端V d 即為該第二變電模組12之第一端121，用以接收該第一變電模組11輸出之第一直流電訊號，而該輸出電壓端V o 即為該第二變電模組12之第二端122，用以輸出一具有變壓變頻特性的第一交流電訊號。
參閱圖5，該第三變電模組21是以一個三相功率因素修正器實現之，其具有三個電感器L 31 ~L 33 、六個開關元件S 31 ~S 36 、六個二極體D 31 ~D 36 ，及一個輸出電容C o ，如圖每一電感器分別與對應之開關元件電連接，然後每一開關元件與對應之二極體以反向並聯方式電連接，因此，經由控制每一開關元件之導通與否，得以調整輸出電壓及頻率，其中，輸入電壓端V AC 即為該第三變電模組21之第一端211，用以接收該第二變電模組12輸出之該第一交流電訊號，而該輸出電壓端V DC 即為該第三變電模組21之第二端212，用以輸出一第二直流電訊號。
參閱圖6，該第四變電模組22是以一個單相全橋式變流器實現之，其具有四個開關元件S 41 ~S 44 、四個二極體D 41 ~D 44 ，且每一開關元件與其對應之二極體以反向並聯方式電連接，因此，經由控制每一開關元件之導通與否，得以調整輸出電壓及頻率，其中，輸入電壓端V d 即為該第四變電模組22之第一端221，用以接收該第三變電模組21輸出之第二直流電訊號，而該輸出電壓端V o 即為該第四變電模組22之第二端222，用以輸出一第二交流電訊號。
換句話說，本發明之該第一變電模組11之第一端111接收由該市電系統8供應之一市電訊號，並將其轉換為該第一直流電訊號之後，傳送至該第二變電模組12中，該第二變電模組12轉換該第一直流電訊號為該具有變頻變壓特性之第一交流電訊號之後，將其傳送至該第三變電模組21中，該第三變電模組21將該第一交流電訊號轉換為該第二直流電訊號之後，將其傳送至該第四變電模組22中，該第四變電模組22將該第二直流電訊號轉換為該第二交流電訊 號之後，傳送回該市電系統8。
相較於先前技術中，是由一永磁同步發電機所產生之交流電訊號而言，本實施例之發電單元1在燒機測試階段時，因為沒有受到如永磁同步發電機之啟動轉矩、馬達轉速變化、軸承摩擦等其他因素影響，所以可以模擬產生一高可靠度的第一交流電訊號，而該第一交流電訊號的可靠度提高之後，該調整單元2便可據此進行模擬測試，以產生高可靠度及頻率穩定的第二交流電訊號，使得該第二交流電訊號可以直接傳送至該市電系統8中，以回收於該燒機測試階段時所對應產生的電能。因此，可以有效減少該調整單元2於燒機測試階段所造成的電能浪費。此外，由於該發電單元1所提供之第一交流電訊號之穩定性較高，因此可以有效縮短該調整單元2處於燒機測試階段的時間。
綜上所述，本發明之該等較佳實施例皆是利用該發電單元產生該第一交流電壓訊號傳送給該調整單元，該發電單元之成本遠遠低於一永磁同步發電機發電時的成本，因此，欲建構一風力發電裝置時，可以根據本發明之風力發電模擬裝置，利用該發電單元取代一風力渦輪機及一永磁同步發電機，大幅降低該風力發電裝置在設計初期時進行系統模擬的設計成本，同時，利用本發明之發電單元產生一可靠度較高的第一交流電訊號給該調整單元進行燒機測試，可以減少不必要的電能浪費，最後，該調整單元輸出之第二交流電訊號亦可直接傳送至市電系統中，進而使得 該風力發電裝置進行燒機測試時的電能消耗可以經由該系電系統回收，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧發電單元
11‧‧‧第一變電模組
111‧‧‧第一端
112‧‧‧第二端
12‧‧‧第二變電模組
121‧‧‧第一端
122‧‧‧第二端
2‧‧‧調整單元
21‧‧‧第三變電模組
211‧‧‧第一端
212‧‧‧第二端
22‧‧‧第四變電模組
221‧‧‧第一端
222‧‧‧第二端
8‧‧‧市電系統
圖1是一傳統風力發電裝置之系統示意圖；圖2是該傳統風力發電裝置處於燒機測試階段時之系統示意圖；圖3是本發明之較佳實施例之系統示意圖；圖4是該較佳實施例之第二變電模組之電路圖；圖5是該較佳實施例之第三變電模組之電路圖；及圖6是該較佳實施例之第四變電模組之電路圖。
1．．．發電單元
11．．．第一變電模組
111．．．第一端
112．．．第二端
12．．．第二變電模組
121．．．第一端
122．．．第二端
2．．．調整單元
21．．．第三變電模組
211．．．第一端
212．．．第二端
22．．．第四變電模組
221．．．第一端
222．．．第二端
8．．．市電系統

Claims (4)

  1. 一種風力發電模擬裝置，適用於接收一市電系統提供之一市電訊號，以模擬一永磁同步發電機提供之一變頻變壓訊號，其包含：一發電單元，與該市電系統電連接以接收該市電訊號，並轉換該市電訊號為一具有變頻變壓特性之第一交流電訊號，該發電單元包括：一第一變電模組，具有一與該市電系統電連接以接收該市電訊號之第一端，及一第二端，並將該市電訊號轉換為一第一直流電訊號，其中，該第一變電模組是一個單級交流-直流轉換器；及一第二變電模組，具有一與該第一變電模組之第二端電連接以接收該第一直流電訊號之第二端，及一第一端，並將該第一直流電訊號轉換為該第一交流電壓訊號；及一調整單元，分別與該發電單元及該市電系統電連接，以接收該第一交流電訊號並轉換該第一交流電訊號為一第二交流電訊號，且輸出該第二交流電訊號至該市電系統，該調整單元包括：一第三變電模組，具有一與該發電單元電連接以接收該第一交流電訊號之第一端，及一第二端，並將該第一交流電訊號轉換為一第二直流電訊號；及一第四變電模組，具有一與該第三變電模組電 連接以接收該第二直流電訊號之第一端，及一與該市電系統電連接之第二端，並將該第二直流電訊號轉換為一第二交流電訊號且傳送至該市電系統。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之風力發電模擬裝置，其中，該第二變電模組是一個三相變流器。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之風力發電模擬裝置，其中，該第三變電模組是一個三相功率因素修正器。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之風力發電模擬裝置，其中，該第四變電模組是一個單相全橋式變流器。
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