雙饋風力發電係統實驗裝置,雙饋（kuì）風力發電（diàn）係統實驗設備,雙饋（kuì）風力發
2026-01-09 15:31
本裝置采用變（biàn）速恒頻控製的雙饋異步發電機組，可以完成大功率雙饋風電機組的風力（lì）機模擬和運行操作（zuò）訓練。
二、產（chǎn）品特（tè）點
1) 模擬真實風力發電機的啟動、並網、正常（cháng）運行和（hé）停機（jī）過程，具備（bèi）模擬機組變速調節能力，有功、無功（gōng）的調節能力；
2) 風速模型不僅可設定（dìng）典型幾種風（fēng）速曲（qǔ）線，支（zhī）持導入（rù）實際測量得到的（de）風（fēng）速―時間數（shù）據；
3) FaceView實驗主控軟件執行機組運行狀態流程控製和數據記錄、顯示、係統監控等（děng）功能；
4) 實現風速（sù）和風（fēng）力機模（mó）擬，機組並網控製，機組最大功率運行控（kòng）製，機組恒速運行（háng），機組限功率運行，機組低電壓穿（chuān）越，機（jī）組脫網控製等控製功能；
5) 背靠背（bèi）變流器可實（shí）現直流側電壓（yā）的初始狀態進行設定（dìng），實現單位功率因（yīn）數並網，實現風力發（fā）電機在故（gù）障條件（jiàn）下不脫網運行，低（dī）電壓穿越的功能，支持風機的低電（diàn）壓穿越實驗;
6) 軟件分析風力發電（diàn）的數據與運行特（tè）性，能夠顯示異常時的故障原因；
7) RS485接口，提供開放式（shì）MODBUS規約接入監控係統；
8) 完善（shàn）的保護功能，包括過電壓保護、過電流保護、過溫保護、超速保護、短路保（bǎo）護，可以實現低（dī）電壓穿越（yuè）以及外接電源電壓不穩定時保護實驗；
注：帶醒目的危險標識，如：有電危險、運行時請勿打開、嚴（yán）謹（jǐn）帶電（diàn）操作等。
雙（shuāng）饋實驗係統（tǒng）結構圖
二、係統運行技術參數2.1 工作條件
² 輸入電壓：三相四線～380V±10% 50Hz
² 裝置容量：≤5.0kW
² 海拔：0～2000m；
² 環境溫度：-10℃～＋50℃；
² 環境相對濕度: 10～90%(25℃)；
² 大氣壓力（lì）範圍：1個標準大氣（qì）壓範（fàn）圍；
² 室內安裝；
² 平台必須水平安裝；
² 設備正常（cháng）使用年限：≥20年；
² 環境要求：環境通風良好，不含易燃、腐蝕性（xìng）氣體；
2.2 實驗平台的基本尺寸：
² 實驗台：2000×400×600；（長×深×高，mm）
² 變流（liú）器：1000×600×1500；
² 主控櫃（guì）：800×600×1820；
注：實驗平台分兩排布置，預（yù）計占地麵積 3m×3m
2.2 定製雙饋變流器係統
風（fēng）電變流（liú）器包括雙饋風機（jī）變流器（qì）、全功率變流器和PWM整流器，均為我司自主研發（fā），根據高（gāo）校（xiào）和研（yán）究（jiū）所客戶要求定製開發，具有功能完善、產（chǎn）品（pǐn）可靠、開放性強、保護嚴格等特點。
雙饋風電機組圖及變流器內部圖
模擬風力發電係（xì）統的變流器由AC-DC-AC PWM變換器來實現，前級交流輸（shū）入可選接入交流/直流電網，根（gēn）據設定的風（fēng）速，將相應能（néng）量注入到直流母線上，後級交流輸出接交流母線，將輸入（rù）的能量注入（rù）到配電（diàn）/微電網。該變流器為定製產品，根據用戶的要求設計，功能特點（diǎn）如下：² 機側矢量控製，網側（cè）矢量解耦P/Q控製；
² 電網電壓（yā）在-3%～+7%範圍內波（bō）動時能正常運行；
² 並網滿載電流（liú）總諧波畸變率5%以下；
² 過流/過壓/過溫保護，分硬件保護和軟件保護；
² 具備低電壓穿越功能；
² 提供直流側（cè）外接其他電氣設備的接口；
² 支持電網不平衡度小於 10%時正常發電運行（háng）；
² 支持較寬的運行速度（dù）範圍：700-2000RPM；
5.0 kW背（bèi）靠背變流器主要指標
| 項目指標 | 參數特性 | 項目指標 | 參數特性 |
| 變流器拓撲結構 | 雙（shuāng）級（jí）背靠背 | 後級控製方式 | 穩定直流電壓 |
| 額定流功率 | 5.0kW | 後級功率因數 | >0.99 |
| 額（é）定交流電流 | 15A | 直流母線電壓 | 600V |
| 額定交流電壓 | 380V | 最大直流電流 | 22A |
| 額定電網頻（pín）率 | 50Hz | 電流總諧（xié）波畸變（biàn）率（THD） | <3%（額定功率） |
| 允許電網頻率 | 48～50.5Hz | 最大效率 | 95% |
| 前級控製方式 | 功率控（kòng）製 | 待機狀態功耗 | <40W |
| 前級（jí）功率（lǜ）因（yīn）數 | >0.99 | 冷（lěng）卻（què）方式 | 強迫風冷 |
| 防護等級 | IP21 | 標準（zhǔn）通訊方式 | RS485 |
| 驅動變頻器 | 容量等級 | 5.5KW |
| 電壓等級 | 380V | |
| 電機類型 | 異步/永磁同步電動機 | |
| 調速範圍 | 0-2000RPM | |
| 控製方式（shì） | 有PG矢量控製，弱磁控製 | |
| 接口類（lèi）型（xíng） | RS485 | |
| 控製環路 | 速度閉環，力矩閉環 | |
| 精度 | 電壓、電流、轉速、位置、轉矩的信號測量 | |
| 定（dìng）製變流器 | 功率等級 | 5.5KW |
| 電壓等級 | 380V | |
| 功率拓撲 | 二電平背（bèi）靠背 | |
| 外形尺寸 | （寬×深×高，mm）800×600×1600 | |
| 電動機 | 額定功率 | 5.5KW |
| 額定轉速 | 1500RPM | |
| 同步轉速（sù） | 1800RPM | |
| 額定電壓 | 380V | |
| 功率因數 | 0.9 | |
| 發（fā）電機 | 類 型 | 雙饋發電機 |
| 額定功率 | 5.0kW | |
| 額定電壓 | 380V | |
| 額定頻率 | 50Hz | |
| 額定轉速 | 1500rpm | |
| 轉速範圍 | 0-2000rpm | |
| 絕緣等級 | F級 |
3.1 電網電壓跌落的危（wēi）害
對雙饋風電（diàn）機組來說：
² 出現的過電流會損壞電力電子器件；
² DC端過電壓，將威脅直流側元器件；
² 附加的轉矩、應力過大則會損壞風電（diàn）機組的機械部件；
對電網來說（shuō）：
² 引起電網頻率降低；
² 引起電網線壓降（jiàng）低；
² 引發聯鎖效（xiào）應，導致大麵積電網癱（tān）瘓。
3.2 低電壓穿越LVRT定義及意義
當電網故障或擾動引起風電場並網點的電壓跌落時，在電壓跌落的範圍內，風電機組能夠不間斷並網運行（háng）。
它對係（xì）統由較（jiào）為重要（yào）的意義：
² 風機能夠不脫網持續運行；
² 能夠對電網進行（háng）動（dòng）態無功（gōng）功率Q支撐；
² 有（yǒu）助於有功功率P恢複；
3.3 國內低（dī）電壓穿越標準（zhǔn）
對於低電壓穿越，要求如下圖所示，方案完全遵循此標準：
低電壓穿越標準
² 並網點電壓跌至20%額定（dìng）電壓時，保證不脫網連續（xù）運行625ms ；
² 跌落（luò）後2s 內恢複到額定（dìng）電壓的90%時，不脫網連續運行（háng）。
² 無功支撐：響應時間不大於75ms，持續時間不少於550ms ；無功電流滿足IT≥1.5×（0.9-UT）IN ，（0.2≤UT≤0.9）
² 有功恢複：故障（zhàng）切除後以至少10%額（é）定功率/秒的功（gōng）率恢複到故障跌落（luò）前的（de）功率；
3.4 低電（diàn）壓穿越LVRT實驗方案介（jiè）紹
主要為在變流器上添加Crowbar和Chopper電路，並在變流器中進行相應控製：
² Crowbar：其響應時間短，能夠保護變流器IGBT、吸收和衰減（jiǎn）畸變電流和諧波電流
² Chopper：主要考慮（lǜ）單管吸收回路的設計，不同於Crowbar的投切工作方式，Chopper裝置在運行過程中會進行100Hz左右（yòu）的斬波動作（zuò），大電流關（guān）斷時的（de）尖（jiān）峰（fēng）很（hěn）容易導致IGBT過壓（yā）實效。因此設計了RCD吸（xī）收回路和低感功率回路。
四、實（shí）驗主控軟件（jiàn）
FaceView實驗主（zhǔ）控軟件具有風速特性模擬和風（fēng）機主控功能，能模擬幾（jǐ）種典型（xíng）風速如：微風、陣風（fēng）、持（chí）續大風、持續中速風、或四種風速合（hé）成（chéng）特性。主控和風（fēng）機模（mó）擬（nǐ）的參數修改權限向用戶開放，用戶可以自由定製風力機特性，選配接收實際的測風儀數據。主控功能實（shí）現（xiàn）機（jī）組並網（wǎng）控製，恒速運行，限功率運行，降功（gōng）率運行，低電壓穿（chuān）越，機組（zǔ）脫網控製。
FaceView監測（cè）以下參量：
² 風速、風（fēng）輪轉速（sù）；
² 驅動電機轉子位置／速（sù）度、電流、電壓（yā）、功率（lǜ）、輸出（chū）轉矩（jǔ）；
² 發電機轉子位置／速度、電（diàn）流、電壓、功率、輸出轉矩；
² 變流器直流電壓；
² 網側變流器輸出電壓、電流、功（gōng）率；
² 電網電壓、電（diàn）流、功率。
五、開放（fàng）雙（shuāng）饋風電變流（liú）器係統（說明）
算法（fǎ）類的函數開放，用戶可以按照自己的算法（fǎ）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) 雙饋變流器所有電路板硬件原理圖（tú）及BOM表(pdf版本)：控製板（bǎn），電源（yuán）板，信號板，電容板；
2) 雙饋變流器櫃電氣原理圖及BOM表(pdf版本)；
3) 開放控製板的debug接口，客戶可（kě）以燒寫自己的程序；
4) 雙饋變流器通訊（xùn）協議(RS485)（免費）；
5) 雙饋變流器使用手冊(免費)；
6) 雙饋變（biàn）流器編程手（shǒu）冊pdf版（bǎn）；
雙饋變（biàn）流器軟件低電壓穿越算法、整流器SVPWM算法和（hé）電機控製SVPWM算（suàn）法的（de）工程源（yuán）文件，包括程序主框架、硬（yìng）件（jiàn）驅動功能、硬件配置功能、通訊功能、保（bǎo）護功能、編（biān）碼器功能、采樣功能、鎖相環功能、濾波函數等。低（dī）電壓穿越算法、整流器SVPWM算法和電機控製SVPWM算法用戶可以修改、調用。
雙饋風電實驗（yàn）係統現（xiàn）場圖如下：
1) 風力機模擬實驗
2) 低電壓穿（chuān）越實驗
3) 低電壓穿越算法研究
4) 直流母線電壓控製實驗
5) 並網（wǎng）過程及連續實（shí）驗
6) 亞同步速、超同步速運行（háng）控製實驗
7) 風力發電並網功率因素調節
實驗項目表
| 編號 | 名稱（chēng） | 學生人數 | 類型 |
| 1 | 異步電機空載實驗 | 每套（tào）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 | 雙饋感應電機空載實（shí）驗 | 每套機組3~5人 | 設計型 |
| 4 | 雙饋（kuì）感應電機負載實驗 | 每套機組3~5人 | 設計型 |
| 5 | 風力發（fā）電機（jī）啟動並網實驗（yàn） | 每套機組5~8人 | 設計型 |
| 6 | 風力發電機正常停機實驗 | 每套機組5~8人 | 設計型 |
| 7 | 風力發電機異（yì）常停機 | 每套機組5~8人 | 設計型 |
| 8 | 風力發電（diàn）機正（zhèng）常運行實驗 | 每套機組5~8人 | 設計型 |
| 9 | 風力發（fā）電（diàn）機脫網保護實驗 | 每套機（jī）組5~8人 | 設計型 |
