模擬型直驅風電實（shí）驗係統,模擬型直驅風電實驗裝置

原理圖

模擬型直驅風電實驗係統-係（xì）統性（xìng）能：
1）發電控製係統：一套（tào），非標定製，包含邏輯控製軟件、人機操作軟件、測量係統軟件與電路。380V/5.5kW/0-50Hz四象限運行，可速度（dù）控製和轉矩控製兩種（zhǒng）模式運行。
2）發電（diàn）控製係統主要參數
a)型（xíng）號規格：非標定製
b)主要組成：空間矢量邏輯控製係統、人機操作係統、測量係統、輔助電路等
c)控製方式：速度控（kòng）製和轉矩控製
二、驅動（dòng）變頻器：
驅動變頻器530VDC/380VAC 5.5kW, 可進行變（biàn）流技術編（biān）程、通（tōng）訊等功能，驅動（dòng）變頻器參數如下（xià）表所示：
表4-9-1 驅動變頻器參數

序號	參數	參數值
1	輸入電壓	AC 3PH 380V(-15%)～440V(+10%)
2	輸入電流	24A
3	頻率（Hz）	輸入頻率：50Hz 允許範圍47.5~51.5Hz
4	輸（shū）出電壓（V）	0~輸入（rù）電壓
5	輸出電流（A）	22A
6	輸出功率（kW）	5.0kW
7	輸出（chū）頻率	0~150Hz
8	控製方式	PG矢量控製（zhì）
9	電機類型	永磁同步電（diàn）機
10	速度（dù）控製精度	±0.2%
11	速度波動	± 0.3%
12	轉矩響應	<20ms
13	轉（zhuǎn）矩控製精度	10%
14	起動轉矩（jǔ）	同步機：2.5 Hz/150%（PG矢量控製）
15	過載（zǎi）能力	150%額定電流1 分鍾，180%額定電流10秒，200%額定（dìng）電流1秒
16	頻率設定方式	外部通訊設定（可以依照程序（xù）修改）
17	自動電壓調整功能	當電網電壓（yā）變化時，能自動保（bǎo）持（chí）輸出電（diàn）壓恒定
18	故障保（bǎo）護功（gōng）能	過流、過壓、欠壓、過溫、缺相、過載等保護功能
19	轉速追（zhuī）蹤再（zài）起動功能	實（shí）現對旋轉中的電（diàn）機（jī）的無衝（chōng）擊平滑起（qǐ）動
20	端（duān）子模擬量輸入分辯率	不大於（yú）20mV
21	端子開關量輸入（rù）分辯率	不（bú）大於2ms
22	IO	模擬輸入（rù）：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（lǜ）1kHz，內部（bù）阻抗：3.3kΩ；1路高速輸入，最大頻（pín）率20kHz 數字輸出（chū）：1 路高速脈衝（chōng）輸出，最（zuì）大頻率20kHz；1路Y 端子開路集電極輸出繼電器輸出：兩路可編程繼電器（qì）輸出，觸點容量：3A/AC250V，1A/DC30V
23	EMC 濾波器	內置C3 濾（lǜ）波器：滿足IEC61800-3 C3 等（děng）級要求（qiú）
24	製動方式	回饋（kuì）製動
25	運行環境溫度	-5~40℃，40℃以上降額使用
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（zhì）風冷

三、驅動電機：
采用國內知名品牌永磁同步（bù）電機380V5.5kW一台。電機參數如下表所示：
表4-9-1 牽（qiān）引電（diàn）機參數

序號	參數	參數值
1	額（é）定功（gōng）率	5.5kW
2	額定電流	14.6A
3	額（é）定電壓	380V
4	極數	4
5	同步轉速	1500rpm
6	調頻範圍	0-50 Hz
7	編碼器	2000 線性驅動輸出
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（fáng）護等級	IP44

四、永磁發（fā）電機：
采用國內知名品牌永磁（cí）風力發（fā）電機380V/5.5kW一台，參數如下：

序號	參數	參數值
1	額定功率	5.5kW
2	額定電流	13.52A
3	額定電壓	380V
4	調速範（fàn）圍	0-1500 r/min
5	編（biān）碼器	2000 線性驅（qū）動輸出
6	參考外形尺寸	515280315mm(長寬高)
7	參考安裝尺（chǐ）寸	216178Φ15mm(長寬孔徑)
8	防護等級	IP44

五、全功率變流器：
變流器技術特點
●主電路采用美國TI公司生產（chǎn）的DSP芯片、進口IGBT模塊、驅動（dòng）保護為進口機芯,控（kòng）製電路采用隔離變壓器，安（ān）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，功率因（yīn）數接近1，電（diàn）流諧（xié）波含量低，對公共電網無汙染，無衝擊；
● 逆變（biàn）並網電流閉（bì）環控製（zhì），可控可調；
● 輸入直流電（diàn）壓範圍寬，適應不同場合（hé）需求；
●頻率擾（rǎo）動檢出（chū）技術，實現反孤島控製；
●具有全方位的（de）電源保護方（fāng）案和完（wán）善的自我檢測和保護功（gōng）能。在出現係統故障時將停止並網逆變；
● 電路結構緊湊、最大（dà）效率>94%；
● 室外型不鏽（xiù）鋼（gāng）外殼，全密封安裝；防護等級可達到IP65；
●RS485通訊（xùn），上位機監（jiān）控，實現遠程數據采集和監視；
全（quán）功率風力發電機變流（liú）器參數表

項目	參數
變流器電壓範圍	3AC 380V±10％
變流器頻率範圍	50Hz +3% -5%
變流器容量	5kW
變流（liú）器（qì）額定電流	15.8A
諧波畸（jī）變率	<=3%
效率	97.2%
噪聲	＜79.4dB
運行溫度	-30 至 +50°C

對（duì）於低電壓穿越，方案（àn）完全（quán）遵循此標準：

低電壓穿越標準
並（bìng）網點電壓跌至20%額定電壓時，保（bǎo）證不脫網連續運行625ms ；
跌落後2s 內恢複到額定電壓的90%時，不（bú）脫網（wǎng）連（lián）續運行。
無功支撐（chēng）：響應時間（jiān）不大（dà）於75ms，持續時間不少於550ms ；無功電（diàn）流滿足IT≥1.5×（0.9-UT）IN ，（0.2≤UT≤0.9）
有功恢複（fù）：故障切除後以至少10%額定（dìng）功率（lǜ）/秒的功率恢複到故（gù）障跌落前的功率；
A.低電壓穿越LVRT方案方案：
主要為在（zài）變流器上添加（jiā）Crowbar和Chopper電路，並在變（biàn）流器中配合進行相應控製：
Crowbar：其響應時間短，能夠保護變流器IGBT、吸收和衰減畸（jī）變電（diàn）流和諧波電流
Chopper：主要考（kǎo）慮單管吸收回路的設計（jì），不同（tóng）於Crowbar的投切工作方式，Chopper裝置在運（yùn）行過程中（zhōng）會進行100Hz左右的斬波動作，大電流關斷時的尖峰很容（róng）易導致IGBT過壓實效。因此設計了RCD吸收回路和低感（gǎn）功（gōng）率回路。

直驅機組 Crowbar

直（zhí）驅機組Chopper

其軟件部分邏輯如下：

六、機械傳動與測量係統：
規格型號：非標定製
主要部件：可調節底座、聯軸節、防護罩、相應的安裝配件
外形尺寸：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：優質鋼材
表麵處理：鍍鋅

七、風電控製係統：
風電控製係（xì）統預留各種（zhǒng）通訊接口：Modbus/RS485/RS232等。
微型操作台主要性（xìng）能指（zhǐ）標
1)規格型號：非標定（dìng）製
2)結構特點：采用（yòng）琴（qín）式操（cāo）作台，在操作台上布置（zhì）操作按鈕、智能（néng）表和測控計算（suàn）機，操作台設計符（fú）合人體工程（chéng）學，操作舒適，各項數據（jù）觀察直觀（guān）。
3)表麵處理（lǐ）：脫脂（zhī）、酸（suān）洗、磷化、烤漆顏色：RAL7035
4)外觀要求：外形美（měi）觀（guān），工藝精湛，尺寸精密
5)材質要求：板（bǎn）材厚（hòu）度為1.2-2.0mm，其中（zhōng）裝（zhuāng）飾件1.2mm,連（lián）接件1.5mm,承重部（bù）件（jiàn）2.0mm。
6)台麵（miàn）要求：采用優質防火板（bǎn），顏色為深黃。
7)硬件主要性能指標（biāo）如下：PCE-7B13-07A1E、可以存儲1T數據、PCE-5127QG2、控製機箱以及21英寸工（gōng）業顯示器
風力發電模擬軟件
上位機軟件包含本機數據庫，預留與其他如C#語言、C++、VB、SQL、MATLAB等（děng）語言的兼容接（jiē）口;具備變流器控製（zhì）技術（shù）實驗（yàn）軟件及有源濾波技術實驗軟件。提供上位機軟（ruǎn）件的完整資（zī）料包括（kuò）但不限於：係統邏（luó）輯控（kòng）製（zhì）動作順序表、測控點表、流（liú）程圖；軟件設計說明書（shū）；軟件設計編碼規範說明書；人機接口說明書；軟件流程圖；數據報表及數據庫設計說明書；軟件源代碼等。
上位機軟件如下圖所示（shì）：

上位機軟件主要性能指標：
上位機軟（ruǎn）件功能需包（bāo）括邏輯控製和實驗（yàn）數據檢（jiǎn）測分析，上位機軟件要（yào）求（qiú）采用（yòng）LABVIEW或C#編程。上位機軟件（jiàn）需具有用戶管理、人機（jī）操作（zuò）接口、邏（luó）輯控製、運行記（jì）錄、報警、數（shù）據采集分（fèn）析、曲線（xiàn）顯示報表打印等功能。
1）風力發電機組功能模擬
模擬真實風力發電機的啟動、並網、正常運行和停機過（guò）程，具備模擬機組變速調節能（néng）力（lì），有功、無功的調（diào）節能力；
風速（sù）模型（xíng）不僅可設定（dìng）典型幾種風速曲線（xiàn），支持導入實（shí）際測量得到的風（fēng）速―時（shí）間數據；
FaceView實驗主（zhǔ）控軟件（jiàn）執行機組運行狀態（tài）流程控製和數據記錄、顯（xiǎn）示、係統監控等（děng）功能；
實現風速和風力（lì）機模（mó）擬，機組並（bìng）網控製（zhì），機組最大功率運行控製，機組恒速運行，機組限功率運行，機（jī）組低電壓穿越，機組脫網控製等控製功能；
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（wèi）功率因數並網，實現風力發電機在（zài）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（fēng）力發電的數據與運行特性，能夠顯示異常（cháng）時的故障（zhàng）原因；
RS485接口，提供開放式MODBUS規約接入監控係（xì）統（tǒng）；
完善的保護功能，包括過電壓保（bǎo）護、過電流保（bǎo）護、過溫保護、超速（sù）保護（hù）、短路保護，可以實現低電壓穿越以及外接電源電壓不穩定時保護實驗；
2）用戶管理（lǐ）用戶管理要求采用授權分級操（cāo）作並對操作進行記錄，以不同的權限登錄，隻能執行其相應的操作，保證（zhèng）設備的使用安全。用戶管（guǎn）理模塊需具有（yǒu）用戶（hù）登錄、編輯和修改功能，可通過對（duì）登錄人員信息存儲實（shí）現設備的使用記錄的管（guǎn）理（lǐ）。軟件（jiàn）的用戶管理必須設置（zhì）管理員、工程師和操作員三級用戶權限（xiàn），且高一級的用戶具有低一級用戶所具有的（de）權（quán）限。管理員：具有最（zuì）高的使用權限，可修改（gǎi）設備（bèi）所有的內容，主要用於設備調試、校檢，可設置（zhì）係統硬件配置（zhì），以及運行參數的配置（zhì）。
3）實驗參（cān）數管理
實驗參數包括（kuò）電動機組、變頻器等自身參數、實驗過（guò）程工藝參數和實驗結果判（pàn）定（dìng）參（cān）數，各種參數（shù）存儲在數據庫（kù）中，根據選擇的實驗項目（mù）在實驗的過程中讀取調用相關參數。實現風速、風力機運行特性模擬，並能（néng）夠實現風（fēng）電機組啟動、運行、最大功率跟蹤(MPPT)、並網、低電壓穿越、停機、數據記錄、故障（zhàng）記錄等特性（xìng）。
4）人機操作接口
人機操（cāo）作接（jiē）口實現實驗過程的操作，本設備要求采用（yòng）圖形化軟件編程，操作界麵真實直觀（guān），具有實驗過程的提示信息。根據實驗需求，軟件人機操作接口可（kě）將實驗（yàn）過程數據動（dòng）態變化趨勢及其分析（xī）並以曲線方（fāng）式實時顯示。
5）硬（yìng）件運行管理
係統各硬件設備在實驗時（shí）和計（jì）算機進行數據交互，各（gè）種設備的通訊參數和通訊（xùn）相關（guān）變量定義在數據庫中，實驗過程自動讀取並進行相（xiàng）應的轉換，使硬件及（jí）其參數（shù）的管理趨於自動化，減少人為設（shè）置的工作量，減少人為錯誤，提供工作效率。
6）運行邏輯控製
邏輯控製部分用於實驗過程中運行管理，根據接收到的控製指令，參考不（bú）同的工藝設置和參數（shù）設（shè）定，輸出相應的控製指令，完成實驗過程邏輯控製。邏輯控製參數的設置對過程邏輯控製至關重要（yào），且該參數設置相對複雜，所以預設在數據庫（kù）中，實驗時自動讀取，以（yǐ）提高穩定性。
7）數據檢測
數據檢測（cè）是指（zhǐ）對實驗過程中關鍵實驗數據的采（cǎi）集，以作為實驗結（jié）果（guǒ）分析實驗。數據檢測功能包括數據采集、計（jì）算和分析，同時完（wán）成（chéng）數據存儲與顯示，根據實驗需求部分數據可生成實驗報表。
8）故障報警（jǐng）處理
故障處理部分具有最高的優先級（jí），一旦產生故障，設備執行（háng）相應的保護動作（zuò），並限製實驗操作直（zhí）到故障解除並複位。設備運行前先進行（háng）一次自（zì）檢，自檢正（zhèng）常後設備允許運行，設備運行過程中產生故障，分故障等級執行不同的動作。
9）設（shè）備（bèi）故障診斷
設備故障診斷的目的（de）為（wéi）檢測設備的狀態，設備要求具備設備自檢功能；在實（shí）驗的過程中，隨著實驗數（shù）據及經驗的不斷積累，故障診斷可作為軟（ruǎn）件的升（shēng）級（jí）功能。要求軟件設（shè）計將所有的實驗數據實時記錄，為故障分析做準備。
10）記錄查詢（xún）
實驗過程中設備運行狀態、操（cāo）作人員信息及實驗結果信（xìn）息均記錄在數據庫中（zhōng），方便設備檢修和實驗數據查詢分析。
八、直驅風電變流器係（xì）統開放：
算法類的函數開放，用戶可以按照自己的算法修改、調用，如整流、逆變、電機控（kòng）製的SVPWM和低電壓穿越算法。
開放內容如下：
1)直驅變流器所（suǒ）有（yǒu）電路（lù）板硬件原理圖及BOM表(pdf版本（běn）)：控製板（bǎn），電源板，信號板，電（diàn）容板；
2)直驅變流器櫃電氣原理（lǐ）圖及BOM表(pdf版本)；
3)開放控製板的debug接（jiē）口，客（kè）戶可以燒寫自（zì）己的程序；
4)直驅變流器通訊協議(RS485)（免費）；
5)直驅變流器使用手冊(免費)；
6)直驅變流（liú）器編程手冊pdf版；
直驅變流器軟件低電壓（yā）穿越（yuè）算法、整流（liú）器SVPWM算（suàn）法（fǎ）和電機控製SVPWM算法的工程源文件，包括程序（xù）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（mǎ）器功能、采樣（yàng）功能、鎖相環功能、濾波函數等（děng）。低電壓穿越算法、整流器SVPWM算（suàn）法和電機控製SVPWM算法用（yòng）戶可以修改、調用。

模擬型直（zhí）驅風電實（shí）驗係統,模擬型直驅風電實驗裝置

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