雙饋風力發電係統實（shí）驗裝置,雙饋風力發電係統實驗設備（bèi）
2022-07-08 09:29
本裝置采用變速恒頻控製（zhì）的雙饋異步發電機組，可以完成大功率雙饋風電機（jī）組的風（fēng）力機模擬和（hé）運行操作訓練。
二、雙饋風力發電係統實驗裝置,雙饋風力發電係統實驗設備,雙饋（kuì）風力發電係統實驗台產品特點：
1) 模擬真實風力發電（diàn）機的啟動、並（bìng）網（wǎng）、正常（cháng）運行和（hé）停機過程，具備模擬機組變速調節能（néng）力（lì），有功、無功的調節（jiē）能（néng）力；
2) 風速模型不僅（jǐn）可設定典型幾（jǐ）種風速曲線，支持導入實際測量得到的風速―時（shí）間數據；
3) 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、顯示、係統監控等功能；
4) 實現風速和風力機模擬，機組並網控製，機組最大功率運行控製，機組恒速運行，機組限（xiàn）功率運（yùn）行（háng），機組（zǔ）低電壓穿越，機組脫網控製等控製功能（néng）；
5) 背靠背變流器可實現直流側電壓的初始狀態進行設定（dìng），實現單位功率因（yīn）數並網，實現風力發電機在故障條件下（xià）不脫網運行，低電（diàn）壓穿越的功能，支持風（fēng）機的低電壓穿越實驗（yàn）;
6) 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；
7) RS485接口，提供開放（fàng）式MODBUS規約接入監控（kòng）係統；
8) 完善的保護功能，包（bāo）括過電壓保護、過電流保護、過溫保護、超速保護、短路（lù）保護，可以實現低電壓穿越以及外接電源電壓不（bú）穩（wěn）定時保護實驗；
注：帶（dài）醒（xǐng）目的危險標識，如：有電危險、運行時請勿打開、嚴謹帶電操作等。
雙饋實驗係統結構圖
1、工（gōng）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 大氣壓力範圍：1個標準大氣（qì）壓範（fàn）圍；
² 室內安裝；
² 平台必（bì）須水平安裝；
² 設備正常使用（yòng）年限：≥20年；
² 環境要求：環境通風良好，不含易燃、腐蝕性氣體；
2、實驗平台的基本尺寸：
² 實驗台：2000×400×600；（長（zhǎng）×深×高，mm）
² 變流器：1000×600×1500；
² 主控櫃：800×600×1820；
注：實驗平台分兩排布置，預（yù）計占地麵積 3m×3m
3、定製雙饋（kuì）變流器係統
風電變流器包括雙（shuāng）饋風機變流器、全功率變流器和PWM整（zhěng）流（liú）器，均為我（wǒ）司自（zì）主研（yán）發，根據高校和（hé）研究所客戶要求定（dìng）製開發（fā），具有功能完善、產品可靠、開放性強、保護嚴格（gé）等特（tè）點。
雙饋（kuì）風電機組（zǔ）圖及變流器內部（bù）圖
² 機側矢量控製，網（wǎng）側矢量解耦P/Q控製；
² 電網電壓在-3%～+7%範圍內（nèi）波動時能正常（cháng）運行（háng）；
² 並網滿載電流總諧波畸變率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 提供直流側外接其（qí）他電氣設備的接口；
² 支持電（diàn）網不平衡度小於 10%時正常發（fā）電運行；
² 支持較寬的運行速度範圍：700-2000RPM；
5.0 kW背靠背變流器（qì）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 | 雙級背靠背 | 後（hòu）級控製方式 | 穩（wěn）定直流電壓 |
| 額定流功率（lǜ） | 5.0kW | 後級功率因數 | >0.99 |
| 額定（dìng）交（jiāo）流電流 | 15A | 直流母線電壓 | 600V |
| 額（é）定交流電壓 | 380V | 最大（dà）直流電流 | 22A |
| 額定電網頻率 | 50Hz | 電流總（zǒng）諧波畸變率（THD） | <3%（額定功率） |
| 允許（xǔ）電網頻率 | 48～50.5Hz | 最大效率 | 95% |
| 前級控製方式 | 功率控製 | 待機（jī）狀態功耗 | <40W |
| 前級功率因數 | >0.99 | 冷卻方式 | 強迫風冷 |
| 防護等級 | IP21 | 標準通（tōng）訊（xùn）方式 | RS485 |
| 驅動變（biàn）頻器 | 容量等級 | 5.5KW |
| 電壓等級 | 380V | |
| 電機類型 | 異步/永磁同步（bù）電動機 | |
| 調速範圍 | 0-2000RPM | |
| 控製方式（shì） | 有PG矢量控製，弱磁控製 | |
| 接口類型 | RS485 | |
| 控製環路 | 速度閉環，力矩閉環 | |
| 精度 | 電壓、電流、轉（zhuǎn）速、位置、轉矩（jǔ）的信號測量 | |
| 定製（zhì）變流器 | 功率等級 | 5.5KW |
| 電（diàn）壓等級 | 380V | |
| 功率拓撲 | 二電（diàn）平背靠（kào）背 | |
| 外形尺寸 | （寬×深（shēn）×高，mm）800×600×1600 | |
| 電動機 | 額定功率 | 5.5KW |
| 額定轉速 | 1500RPM | |
| 同（tóng）步轉速 | 1800RPM | |
| 額定（dìng）電壓（yā） | 380V | |
| 功率因數 | 0.9 | |
| 發電機 | 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（jí） |
1、電網電壓跌落的危害
對（duì）雙（shuāng）饋風電機組來說：
² 出現的過電流（liú）會損壞電力電子器件；
² DC端過電壓，將威脅（xié）直流側元器件；
² 附加（jiā）的（de）轉矩、應力過大則會損（sǔn）壞風電機組的機械部件；
對電（diàn）網（wǎng）來說：
² 引起電（diàn）網頻率降低；
² 引起電網線壓降低；
² 引發聯鎖效應，導致（zhì）大（dà）麵積電網（wǎng）癱瘓。
2、低電壓穿越LVRT定義及意義
當電網故障或擾（rǎo）動（dòng）引起風電場（chǎng）並網（wǎng）點（diǎn）的電壓（yā）跌落時，在電壓跌落的範圍內，風電機組能夠不間（jiān）斷並（bìng）網運行。
它對係統由較為重要的意義：
² 風機能夠不脫網（wǎng）持續運行；
² 能夠對電網進行動態無功功率Q支撐；
² 有助於有功功率P恢複；
3、國（guó）內（nèi）低電壓穿越標準
對於低電壓穿越，要求如下圖（tú）所示，方（fāng）案完全遵循此標（biāo）準：
低（dī）電壓穿（chuān）越標準（zhǔn）
² 並網點電壓跌至20%額定電壓時，保證不脫網連續運行625ms ；
² 跌落後2s 內恢複到額定電壓的90%時，不脫網（wǎng）連續運行。
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（zú）IT≥1.5×（0.9-UT）IN ，（0.2≤UT≤0.9）
² 有（yǒu）功恢複：故障切除後以至少10%額定功率/秒的功率恢複到（dào）故障跌落前的功率（lǜ）；
4、低電壓穿越LVRT實驗方案介紹
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（liú）器IGBT、吸收（shōu）和衰（shuāi）減畸變電流和諧波電流
² Chopper：主要考慮單管吸收回路的設計，不同於Crowbar的投（tóu）切工作方式，Chopper裝置在運行過程中會進行100Hz左右的斬波動作，大電流關斷時的（de）尖峰很容易導（dǎo）致IGBT過壓（yā）實效。因此設計了RCD吸收回路和低感功率回路。
五、雙饋風力發電係統（tǒng）實驗（yàn）裝置,雙饋風力發電（diàn）係統實驗設備（bèi）,雙饋風力發電係統實驗台雙饋係統實驗主控（kòng）軟件：
FaceView實驗主控軟件（jiàn）具有風（fēng）速特性模擬（nǐ）和（hé）風機主控（kòng）功（gōng）能，能模擬幾種典型風速如：微風、陣風、持續大風、持續中速風、或四種風速合成特性。主控和（hé）風機模擬的參數修改權限向用戶（hù）開（kāi）放，用戶可以自由（yóu）定製風力機（jī）特性，選配接收實際（jì）的測風儀數據。主控功能（néng）實現機組並網控製，恒（héng）速運行，限功（gōng）率運行，降功率運行，低電壓穿越，機組脫網控製。
FaceView監測以下參量：
² 風（fēng）速、風輪轉速；
² 驅動電機轉子位置／速度、電流、電壓、功率、輸出轉矩；
² 發電機轉子位置／速（sù）度、電流、電壓、功率、輸（shū）出（chū）轉矩；
² 變流器直流電壓；
² 網側變流器輸出電壓、電流、功率；
² 電網電（diàn）壓、電流、功率。
六、雙饋風力發（fā）電係統實驗裝置,雙饋風力發電係統實（shí）驗設備,雙饋風力發電係統（tǒng）實驗台（tái）開放（fàng）雙饋（kuì）風電變流器係統（說明）
算法類的（de）函數開（kāi）放，用戶可以按照自己的算法修（xiū）改、調用，如整流、逆變、電機控製的SVPWM和低電壓穿（chuān）越算法（fǎ）。
開放（fàng）內容如下：
1) 雙饋變流器所有電路板硬件原理圖及BOM表(pdf版本)：控（kòng）製（zhì）板，電源（yuán）板，信號板，電容板；
2) 雙（shuāng）饋（kuì）變流器櫃電氣原理圖及BOM表(pdf版本)；
3) 開放控製（zhì）板的debug接口，客戶可（kě）以燒寫自（zì）己的程序；
4) 雙饋變流器通訊協議(RS485)（免費）；
5) 雙饋變流器（qì）使用手冊(免費)；
6) 雙（shuāng）饋（kuì）變流器編程手冊pdf版（bǎn）；
雙饋變流（liú）器軟件低（dī）電壓穿越算法（fǎ）、整（zhěng）流（liú）器（qì）SVPWM算（suàn）法和電機控製SVPWM算法的工程源文件，包括程（chéng）序主框架、硬件驅動功能、硬件配置功能、通訊功能、保護功能、編碼器功能、采樣功能、鎖相環功能、濾波函（hán）數（shù）等。低電壓穿越算法、整流器（qì）SVPWM算法和電機控製SVPWM算法用（yòng）戶可以（yǐ）修改、調用。
雙饋風電實驗係統現場圖如下：
1) 風力機模擬實驗
2) 低電壓穿越實驗（yàn）
3) 低電（diàn）壓穿越算法研究
4) 直流母線電壓（yā）控製實驗
5) 並網過程及連續實驗
6) 亞同步速、超同步速運行控製實驗
7) 風力發（fā）電並網功率（lǜ）因素調節
實驗項目表
| 編號 | 名（míng）稱 | 學生人數 | 類型 |
| 1 | 異步（bù）電機空（kōng）載實驗 | 每套機組3~5人 | 設計型 |
| 2 | 異步電機負載實（shí）驗 | 每套機（jī）組3~5人 | 設計型（xíng） |
| 3 | 雙（shuāng）饋感應電機空載實驗（yàn） | 每套機組3~5人 | 設計型 |
| 4 | 雙饋感應電機負載實驗 | 每套（tào）機組3~5人 | 設計型 |
| 5 | 風力發電機啟動並網實驗 | 每套機組5~8人 | 設計（jì）型 |
| 6 | 風（fēng）力發電機正常停機（jī）實驗 | 每套（tào）機組（zǔ）5~8人（rén） | 設計（jì）型 |
| 7 | 風力發電機（jī）異常停機 | 每套機組5~8人 | 設計（jì）型 |
| 8 | 風力發電機正常運（yùn）行（háng）實驗 | 每（měi）套機組5~8人 | 設（shè）計型（xíng） |
| 9 | 風力發電機脫網保護實驗 | 每套機組（zǔ）5~8人（rén） | 設計型 |
