模擬型直驅風電實驗係統,模擬型直驅風（fēng）電實（shí）驗設備,模擬型（xíng）直驅風電

模擬（nǐ）型直驅風電係統原（yuán）理圖如下圖所示：

一、模擬型直驅風電實驗係統,模（mó）擬型直驅風電實驗設（shè）備,模擬型直驅風電實驗裝（zhuāng）置係統（tǒng）性（xìng）能
1）發電控製（zhì）係統：一套，非標定製，包含邏輯控製軟件（jiàn）、人機操作（zuò）軟件、測量係統軟件與電（diàn）路。380V/5.5kW/0-50Hz四象限運行，可速度控製和轉矩控製兩種模式運行。
2）發電控製係統主要參數
a)型號規格：非標（biāo）定（dìng）製
b)主要組成：空間矢量邏輯控製係（xì）統、人機操（cāo）作係統、測量係統、輔助電（diàn）路等
c)控製方式：速度控製和轉矩控製
二、模擬型直驅（qū）風電實驗係統,模擬型直驅風電實驗（yàn）設備,模擬型直驅風（fēng）電實驗裝置驅動變頻器
驅動變頻器（qì）530VDC/380VAC 5.5kW, 可進行變流技術編程、通訊等功能，驅動變頻器參數如（rú）下表所示：
表4-9-1 驅動變頻器參數

序號	參數	參數值（zhí）
1	輸入電壓	AC 3PH 380V(-15%)～440V(+10%)
2	輸入電流（liú）	24A
3	頻率（Hz）	輸（shū）入頻率：50Hz 允許範圍47.5~51.5Hz
4	輸出電壓（yā）（V）	0~輸入電壓
5	輸出電流（liú）（A）	22A
6	輸出功率（kW）	5.0kW
7	輸出頻率	0~150Hz
8	控製方式	PG矢量控製
9	電機類型	永磁同步電機
10	速度控製精度	±0.2%
11	速度（dù）波（bō）動（dòng）	± 0.3%
12	轉矩響應	<20ms
13	轉矩控（kòng）製（zhì）精度	10%
14	起動轉矩	同（tóng）步機：2.5 Hz/150%（PG矢量控製）
15	過載能（néng）力	150%額定電流1 分鍾，180%額定電流10秒，200%額定電流1秒
16	頻率設（shè）定方式	外部通訊設定（可以依照程序修改）
17	自動（dòng）電壓調整功能	當（dāng）電網電壓變化時（shí），能自動保持輸出電壓恒定
18	故障保護功能（néng）	過流、過壓、欠壓、過溫、缺相、過載等保護（hù）功能（néng）
19	轉速追蹤（zōng）再起動功能	實現對旋轉中的電機的無衝擊平滑起動
20	端子模擬（nǐ）量輸入分辯率	不大於20mV
21	端子開關量輸入分辯率	不大（dà）於2ms
22	IO	模擬輸入：2 路（AI1、AI2）0~10V/0~20mA，1路（AI3）-10~10V 模擬輸出：2 路（AO1、AO2）0~10V /0~20mA 數字輸入：8 路普通輸入，最大頻率1kHz，內（nèi）部阻抗：3.3kΩ；1路高速輸入，最大頻率20kHz 數字輸出：1 路高速脈衝輸出，最大頻率20kHz；1路Y 端子開路集（jí）電極輸出（chū）繼電器輸出：兩路可編程繼電器輸（shū）出，觸點容量：3A/AC250V，1A/DC30V
23	EMC 濾波器	內置C3 濾波器：滿足IEC61800-3 C3 等級要求
24	製動（dòng）方式	回饋製動（dòng）
25	運行環境溫度	-5~40℃，40℃以（yǐ）上降額使用
26	平均無故障時間	2 年（25度環境溫度）
27	防護等級	IP20
28	冷卻方式	強製風冷

三、模擬型直驅風電實驗係統,模擬型直驅風電實驗設備（bèi）,模擬型（xíng）直驅風電實驗裝置驅動電機
采用國內知名品（pǐn）牌永磁同步電機380V5.5kW一台。電機參數如下表所示：
表4-9-1 牽引電機參數

序號	參數（shù）	參（cān）數值
1	額定功率	5.5kW
2	額定電流	14.6A
3	額定電壓	380V
4	極（jí）數	4
5	同步轉（zhuǎn）速	1500rpm
6	調頻範（fàn）圍	0-50 Hz
7	編碼器	2000 線性驅（qū）動輸出（chū）
8	參考外（wài）形尺寸	515280315mm(長寬高)
9	參考安裝尺寸	216178Φ15mm(長寬孔徑)
10	防護等（děng）級	IP44

四（sì）、模擬型直驅風電實驗係統,模擬型直驅風電實驗設備,模擬型直驅風電實驗裝置永磁發（fā）電機
采用國內（nèi）知名品牌永磁風力發電機380V/5.5kW一台，參數如下：

序號	參（cān）數	參數值
1	額定（dìng）功率	5.5kW
2	額定電流	13.52A
3	額定電壓	380V
4	調速範圍	0-1500 r/min
5	編碼器	2000 線（xiàn）性驅動輸出
6	參考外形尺寸	515280315mm(長寬高)
7	參考安裝尺寸	216178Φ15mm(長寬孔（kǒng）徑)
8	防護等級	IP44

五、全功率變流器
變流器技術（shù）特點
●主電路采用（yòng）美國TI公司生產的（de）DSP芯片、進口IGBT模塊、驅動保護為進口機芯,控製電路采用隔離變壓器，安全可靠；
●采用SVPWM脈寬調製技術，純淨正弦波輸出，自動與電網同步跟蹤（zōng），功率因數接近1，電流諧波含量低，對公共電網無汙染，無衝擊；
● 逆變並網電（diàn）流閉環控製，可控可（kě）調；
● 輸入直流電壓範圍寬，適應不同場合需求；
●頻率擾動檢出技術，實現（xiàn）反孤島控製；
●具有全方位的電源保護方案和完善的自我檢測和保護功能。在出現係統故障時將停止並網（wǎng）逆變；
● 電路結構緊湊、最（zuì）大效（xiào）率>94%；
● 室外型不鏽鋼外殼，全密封安裝；防護等級可達到IP65；
●RS485通訊，上位機監（jiān）控，實現遠程數據采（cǎi）集和（hé）監視；
全（quán）功率風力發電機變流器參數表

項目	參數
變流器（qì）電壓範圍	3AC 380V±10％
變流器（qì）頻率範圍	50Hz +3% -5%
變流器容量	5kW
變流器額定電流	15.8A
諧波畸變（biàn）率	<=3%
效率	97.2%
噪（zào）聲	＜79.4dB
運行溫度	-30 至 +50°C

對於低電壓穿越，方案完全遵循（xún）此標準：

低電壓穿越標（biāo）準
並網（wǎng）點電壓（yā）跌至（zhì）20%額定電壓時，保證不脫網連續運行625ms ；
跌落後2s 內恢複到額定電壓的（de）90%時，不脫（tuō）網連續運行。
無功支撐：響應時間不（bú）大於75ms，持續時間不少於（yú）550ms ；無功電流滿（mǎn）足IT≥1.5×（0.9-UT）IN ，（0.2≤UT≤0.9）
有功恢複：故障（zhàng）切除後以至少10%額定功率/秒的功率恢複到故障跌落前的功率；
A.低電壓穿越（yuè）LVRT方案方案（àn）：
主要為在變流器上添（tiān）加Crowbar和Chopper電路，並在變流器中配合進行相（xiàng）應控製：
Crowbar：其響應（yīng）時間（jiān）短，能（néng）夠保護變流器IGBT、吸收和衰（shuāi）減（jiǎn）畸變電流和諧波電流
Chopper：主（zhǔ）要考慮（lǜ）單管吸收回路的設計，不（bú）同於Crowbar的投切工作方（fāng）式，Chopper裝置在運行（háng）過程中（zhōng）會進行100Hz左右的斬波（bō）動作，大電（diàn）流關斷時的尖峰很容易導致IGBT過壓實效。因此設計了（le）RCD吸收回路和低感功率回（huí）路。

直驅機（jī）組 Crowbar

直驅機組Chopper
其軟件（jiàn）部分（fèn）邏輯如下：

六、機械傳動與測（cè）量係統
規格（gé）型號：非標定製
主要部件：可調節底座（zuò）、聯軸節、防護罩、相應的安裝配件
外形尺（chǐ）寸：長*款*高=1500*500*300（根據電機（jī）及傳感器配套設計，可進行優化）
主要材質：優（yōu）質鋼材
表麵處理：鍍鋅

七、風電控製係統
風電控製係統預留各種通訊接口：Modbus/RS485/RS232等。
微型操作台主要性能指標
1)規格型號：非標定製
2)結構特點：采用琴式操作（zuò）台，在操（cāo）作台上布置操（cāo）作按鈕、智能表和測控計算機，操作台（tái）設計符合人體工程學，操作舒適，各項數據（jù）觀察直觀。
3)表麵（miàn）處理：脫脂、酸洗（xǐ）、磷化、烤漆顏色：RAL7035
4)外觀要求：外形（xíng）美觀，工藝精湛，尺寸精密
5)材質要求：板材厚度為1.2-2.0mm，其中裝飾件1.2mm,連接件1.5mm,承重部件2.0mm。
6)台麵要求：采用優質（zhì）防火板，顏色為深黃。
7)硬件主要性能指標如下：PCE-7B13-07A1E、可（kě）以（yǐ）存儲1T數（shù）據、PCE-5127QG2、控製機箱以及21英寸工業顯示器
風力發電（diàn）模擬軟件
上（shàng）位機軟件包（bāo）含本機數據庫，預留與其他如C#語言、C++、VB、SQL、MATLAB等語言的兼容接口;具備變流器控製技術實驗軟（ruǎn）件（jiàn）及有（yǒu）源濾波技（jì）術實驗軟件（jiàn）。提供上（shàng）位機軟件的完整資料包括但不（bú）限（xiàn）於（yú）：係統邏輯控製動作順（shùn）序表、測控（kòng）點表（biǎo）、流程圖；軟件設計（jì）說明書；軟件設計編（biān）碼規範說明書；人（rén）機接口說明書；軟件流程圖；數據報表及數據庫設計說明書；軟件源代碼等。
上位機軟（ruǎn）件如下圖所示：

上位機軟件主要性能指標：
上位機軟件功能需包括邏輯控製和實驗數據檢測分析，上位機軟件要求采用（yòng）LABVIEW或C#編程。上位（wèi）機軟件需具有用戶管理、人機操作接口、邏輯控製（zhì）、運行記錄、報警、數據采集分析（xī）、曲線顯（xiǎn）示報表打印等功能。
1）風力發電機組功能模擬
模擬真實風力發電機的啟（qǐ）動、並網、正常（cháng）運行和停機過程，具備模擬機組變（biàn）速調節能力，有功、無功的調節能力；
風（fēng）速模型不僅可設定典型幾種風速曲線，支持導入實際測量得到的風速―時間數據；
FaceView實驗主控軟件執行機組運行（háng）狀態流程控製和數據記錄、顯（xiǎn）示、係統監控（kòng）等功能；
實現風速（sù）和風（fēng）力機（jī）模擬，機組並網控製，機組最大功率運行（háng）控製，機組恒速（sù）運行，機組限功率運行，機組低（dī）電壓穿越，機組脫網（wǎng）控製等控製功能；
背靠背變流器可實現直流側電壓的初始狀態進行設定，實現單位功率因數並網（wǎng），實現風力發電機在故障條件下不脫網運行，低電壓穿越的功能（néng），支持風機的低電壓穿越實驗;
軟件分析風力發電的數據與運行特性，能夠顯示異常時的故障原因；
RS485接口，提供開放式MODBUS規約接入監控（kòng）係統（tǒng）；
完善的保護功能，包括過電（diàn）壓保護、過電流保護、過溫保護、超速保護、短路保護，可以實現低電壓穿（chuān）越以及外接電源電壓不穩定時保護實驗；
2）用戶管理用戶管理要求采用授權分級操（cāo）作並（bìng）對操作進行記錄，以不同的權限登錄，隻能執行其相應的操作，保證設備的使用安全。用戶管理模塊需具有用戶（hù）登錄、編（biān）輯和修改功能，可通過對登錄人員信息存儲實現設（shè）備的使用記錄的管理。軟件的用戶管理必須設置管（guǎn）理員、工程師和操作員（yuán）三級用戶權限，且高（gāo）一級的用戶具有低（dī）一級用戶所具有的權限。管理員（yuán）：具有最（zuì）高的使用權限，可修改設備所有的內容（róng），主要（yào）用於設備調試、校檢，可設置（zhì）係統硬件（jiàn）配置，以及運行參數的配置。
3）實驗參數（shù）管理（lǐ）
實驗參數包（bāo）括電動機組、變頻器等自身參數、實驗過程工藝參數和實驗結果判定參數，各種參數存儲在數（shù）據庫中，根據選擇的實驗項目在實驗的過程中讀取調用相關參數（shù）。實現風速、風力機運行特性模擬，並能夠實（shí）現風電機組啟動、運行、最（zuì）大（dà）功率跟蹤（zōng）(MPPT)、並網、低電壓穿越、停機、數據記錄、故障記錄等特（tè）性（xìng）。
4）人機操作（zuò）接口
人機操作接口實現實驗（yàn）過程的操作，本設備要（yào）求采用圖形（xíng）化軟件編程，操作界麵真實直觀，具有實驗過程的（de）提（tí）示信息。根據實（shí）驗需求，軟件（jiàn）人機操（cāo）作接口可將實驗過（guò）程數據動態變化趨勢及其分析並以曲（qǔ）線方式（shì）實時顯示。
5）硬（yìng）件運行管（guǎn）理
係統各硬件設備在實（shí）驗時和計算機（jī）進行數據交（jiāo）互，各種設備的通訊參數和通訊相關變量定義在數據庫中，實驗過程自動讀取並（bìng）進行相應的轉換，使硬件及其參數的管理趨於自動（dòng）化，減（jiǎn）少人為設置的工作量，減少人為錯誤，提供工（gōng）作效率。
6）運行邏輯控製
邏輯控製部分用於實驗過程中運行管理，根據接收到（dào）的控製指令，參考不同的工藝（yì）設置和參數設定，輸出相應的控製（zhì）指令，完成實（shí）驗過程邏輯控製。邏輯控製參（cān）數的設置對過程邏輯控製至關重要，且該參數設置相對複雜，所以預設在數據庫中，實驗時自動讀取，以提（tí）高穩定性。
7）數據檢測
數（shù）據檢測是指對實驗過程中關鍵實驗數據的采集，以作為（wéi）實驗結果（guǒ）分析實驗。數據檢測（cè）功能包括數據采集（jí）、計算（suàn）和分析，同（tóng）時完成數據存儲與顯示，根據實驗需求部分數據可生成實（shí）驗報表。
8）故障報警處理
故（gù）障處理部（bù）分具有最高（gāo）的優先級，一（yī）旦產生故障，設備執行相應的保（bǎo）護動作，並限製實驗操作直到故障解除並複位（wèi）。設備（bèi）運行（háng）前先進（jìn）行一次自檢，自檢正常後設備允許運行，設（shè）備（bèi）運行過程中產生故障，分故障等級執行不同的動作。
9）設備故障診斷
設備故障診（zhěn）斷的目的為檢測設備的狀態，設備要求具備設備自檢功能；在實驗的過程（chéng）中，隨（suí）著實驗數據及經驗的不斷積累（lèi），故障診斷（duàn）可作為軟件的（de）升級功能。要求軟件設計將（jiāng）所（suǒ）有的實驗數據實時記錄，為故障分析做準備。
10）記錄查詢
實驗過（guò）程中設備運行狀態、操作人員信息及（jí）實驗結果信息均記錄在數據庫中，方便（biàn）設備檢修（xiū）和實驗數據查詢（xún）分（fèn）析。
八、直驅風電變流器係統開放
算法類的（de）函（hán）數開放，用戶可以按照自己的算法修改、調用，如（rú）整流、逆變、電機控製的SVPWM和低電壓穿越算法。
開放內容如下：
1)直驅（qū）變（biàn）流器所有電路板硬件原（yuán）理圖及BOM表(pdf版本)：控製板，電源板，信號板，電容板；
2)直驅變流器櫃電氣（qì）原理圖及BOM表(pdf版本)；
3)開放（fàng）控製板的debug接口，客戶可以燒寫自己的程序；
4)直驅變流器通訊協議(RS485)（免費）；
5)直驅變流器使用手（shǒu）冊(免費)；
6)直驅變流器編程（chéng）手冊pdf版；
直（zhí）驅變流（liú）器軟件低電壓穿（chuān）越算（suàn）法、整流器SVPWM算法和電機控製SVPWM算法的工程源文件（jiàn），包（bāo）括（kuò）程序主框架、硬件驅動功能、硬件配置（zhì）功能、通（tōng）訊（xùn）功能、保（bǎo）護功能、編碼器功能、采樣功能（néng）、鎖相環功能、濾波（bō）函數等。低電壓（yā）穿越算法、整流器SVPWM算法和電機控製SVPWM算法（fǎ）用戶可以修改、調用。
九、主要實驗內容

編號	名稱	學生人數	類型（xíng）
1	異步電機空載實驗	每套機組3~5人	設計型
2	異步電機負載實驗	每套機組3~5人	設計型
3	永磁同步（bù）發電機空載實驗	每套機（jī）組3~5人	設計型
4	永磁同步發電機（jī）負載實驗	每套機組3~5人	設計型
5	電力電子（zǐ）接口（kǒu）啟動並網和運行實驗	每套機組3~5人	設計型
6	電力電子接口正常停機實驗	每套機組3~5人	設計型
7	電力電子接口異常停機（jī）實驗	每套機組3~5人	設計型
8	風（fēng）力發電機啟動並網（wǎng）實驗	每套機組5~8人	設計型
9	風力發電機正常停機實驗	每套（tào）機組5~8人	設（shè）計型
10	風力發電機異常停機	每（měi）套機組5~8人	設計型（xíng）
11	風力發電機正常（cháng）運行實驗	每套機組5~8人	設計型（xíng）
12	風力發電機脫網（wǎng）保護實驗	每套機（jī）組5~8人	設（shè）計型
13	網側動態無功補（bǔ）償實（shí）驗	每套機組5~8人	設計型
14	風電並網算法及永磁（cí）發電機控製算法研（yán）究	每套機組5~8人	設計型
15	小功率電機傳動控製SVPWM及DTC算法研究	每套機組5~8人	設計型
16	低電壓穿越實驗	每套機組5~8人	設計（jì）型
17	電網不平衡條件下風電並網變流器的（de）控製算法研究	每（měi）套機組5~8人	設計型
18	電網強諧波條件下風電並網變流器諧波抑製算法研究	每套機組5~8人	設計（jì）型

模（mó）擬型直驅風電實驗係（xì）統,模擬（nǐ）型直驅風電實驗（yàn）設備（bèi）,模擬型直驅風電（diàn）

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