大型雙饋風力發電實驗係統,大型雙饋風力發電實驗裝置
2022-07-11 07:08
1、動力控製係統, 用來模擬自然風通過葉槳產生的轉動力矩輸入到發電機的機械（xiè）轉矩，為係統發電提供原動力。它由電動機、調速係統和控製係統（tǒng）構（gòu）成。
2、變速恒頻雙饋風（fēng）力發電機（jī）的勵磁控製係統, 控製雙向可控逆變（biàn）器使發（fā）電機變速恒頻運行。它由雙（shuāng）饋風力發電機, 雙向可控逆變器和控製軟件係（xì）統等構成。
3、風力（lì）發電的主控係統, 對整個風力發電係（xì）統（tǒng）進行（háng）統一監控、管理和安全控製。主要包括監控主機和監控（kòng）軟件、主控係統、多功能測控儀表（biǎo）、模擬風係統、風力發電安全（quán）係統及各類測量儀器儀表等。
主控係統用於連接風速風向（xiàng）傳感（gǎn）器、震動傳感器、位置傳感器、測量、安全鏈、監控（kòng）係統等，控製（zhì）風速方向、偏航、變槳等信息。
離、並（bìng）網（wǎng）控製主要完成（chéng）風力資（zī）源的離（lí）、並（bìng）網利用，分析係統（tǒng）運行的各種（zhǒng）工況。
二、大型雙饋風力發電實（shí）驗係統,大型雙饋（kuì）風力發電實驗裝置,大（dà）型雙饋風（fēng）力發電實驗設備選型：
1、係統整體結構
在實驗室環境下（xià）研究風力發電係統, 無法得到現場的風能輸入, 也無法安裝巨大的槳葉, 因此用原動機及模擬風係統實現風力發電機的機械和電氣輸出（chū）特性；風力發電實驗係統構成圖，如圖6
係統包含：
| 產品 | 部件 | 用途（tú） | 數量 |
|
風 力 發 電 係 統 |
風（fēng）機模擬係統 | 包括監控主機和監控軟件（jiàn）、多功能儀表、各種測（cè）量儀表及低壓電氣元件，實現整機（jī）係統的狀態（tài）顯示、參數設置及檢測、控製操（cāo）作等。 | 1套 |
| 安（ān）全鏈 | 急停、刹車係統、震動和位置（zhì）等（děng）多種傳（chuán）感器，實現係（xì）統（tǒng）異常時的保護功能。 | 1套 | |
| 偏航係統 | 包含偏航電機、偏航控製器、蝸（wō）杆式齒輪箱、偏航齒輪、扭攬開關等構成，配合（hé）偏（piān）航控製器及模擬（nǐ）風（fēng）發生係統完成偏航實驗。 | 1套 | |
| 變漿（jiāng）係（xì）統 | 包含變漿電機、變漿控製器、蝸杆式齒輪箱、輪轂（gū）、限位開關（guān）等構成，配合變槳控（kòng）製器（qì）完成變漿實驗。 | 1套 | |
| 主控係統 | 主站PLC為主的（de）主控係（xì）統、分站PLC為輔的從站係統，實現整（zhěng）機係統（tǒng）的控製，數據（jù）采集等功能。 | 1套（tào） | |
| 模擬風發生係統 | 包含模擬風（fēng）發（fā）生器、風速風向儀及顯示設備、風向控製係（xì）統等，模擬各種實際風況，並完（wán）成風（fēng）速和風向信息的檢測。 | 1套 | |
| 調速係統（tǒng） | 主要包含原動機的調速裝置，通過調速裝置調節原動機的狀態，從（cóng）而（ér）通過齒輪箱間接改變風葉的轉動情況，模擬風速對（duì）槳葉的改變，為變漿控製（zhì）提供實驗（yàn）條件（jiàn）。 | 1套 | |
| 逆變單元 | 包含雙向離、並網逆變器、HMI等（děng），實現風機離、並（bìng）網功能，對主控係統參數進行監控，完成雙饋發電機的並網實驗。 | 1套 | |
| 備用電源 | 主要以電池組為主，各種低壓電器元（yuán）件（jiàn）為輔，實現變漿係統在異常情況下的（de）供電 | 1套 | |
| 模擬運行算法（fǎ） | 包（bāo）括 PLC 算法和組態軟件控製（zhì）算法，建立實際風力發電機（jī）控製模型（xíng），測試主控係統。 | 1套 |
主控實驗係統包括主控控製係統以及模擬風發生係（xì）統，風機主控（kòng）係統如圖8。
主（zhǔ）控係統用於模擬實際 1.5～3 MW雙饋型風（fēng）機的主控係統，主要用於模擬實際風機的主控係統，采集變漿和偏航的IO 點，實現（xiàn）整機控製。HMI用於顯示和控（kòng）製PLC 係統。
風力發電機主控係統采用主控PLC 與專用HMI，與實際（jì）風（fēng）機控製係統一致，滿足風機控製要求。
風力發電機整機模擬係（xì）統包括操作台櫃（guì）、PLC、按鈕（niǔ）、指示燈、測控儀表、風速風向發生儀、監控係（xì）統等（děng），用於模（mó）擬風機內（nèi）部各種控製信（xìn）號。模擬測試係統與實際控製（zhì）係統連接，來模擬風機運行（háng）的實際狀況。風力發電機內部模擬控製信號可通過PLC編程控製，用（yòng）戶也可在現有硬件（jiàn）基礎上自行開（kāi）發控製軟（ruǎn）件，實現對各（gè）種自（zì）然風的模擬，完成（chéng）對風力發電機控製算法的研究。
通過風力發電機控製係統與風（fēng）力發（fā）電機模擬係統的連接，盡可能的模擬實際風力發電機運行的工藝特點和控製要求。此係統（tǒng）開放（fàng）性強，可通過對控製係統和（hé）模擬係統的PLC編程，實現對不（bú）同類型（xíng）風力發電機的模擬（nǐ）以（yǐ）及控（kòng）製仿真。可用於學（xué）術理論研究、學生實驗等。
此（cǐ）套係統主要功能包括：
■可通過此係（xì）統，讓學生學習主控係統的配置、特點和工藝要求；
■可通過此係統（tǒng），讓學生學習（xí）主（zhǔ）控軟件編寫和調試；
■可通過此係統，讓學生（shēng）研究和模擬不同風機（jī）的運行特點；
■可（kě）通過此係統，讓學生研究（jiū）和調（diào）試風機核心控製算法（fǎ）；
■可通過此係（xì）統，測試完整的主控係統，實現主控係統電氣（qì）、軟件等測試
風機主控實驗係統特（tè）點：
■ 先進性，滿足目前最主流的兆瓦級變（biàn）速恒頻風機控製係（xì）統的要求；
■ 開放性，無論是PLC 還是計算機均可自（zì）主編程，滿足學生學習的要求；
■ 適應性，可滿足不同功率、不同類型的風機測試和模擬；
4、模（mó）擬風發生係統
本實驗係（xì）統包括一套測試係統，由PLC、變（biàn）頻器、工控機等組（zǔ）成，主要用於控（kòng）製模擬風（fēng）發生器的風（fēng）速和風（fēng）向，模擬實際運行的風速環境，其功能如下：
■ 內部保存多種風速曲線，包（bāo）括微風、陣風、大風、颶風等，包含風速變化趨勢曲線，可方便的模擬實際的風況；
■ 通過變頻器控製，控製不同風（fēng）速；
■顯示屏可以顯示主控係統、變槳係統、偏航係統和測試係統的參數，並能方便控製；
■ 測（cè）試係統通過對不同風速的控製，來測試不同風況下（xià）的風力發電機運行狀態。
三、大型雙饋風力發電（diàn）實驗係統,大型雙饋風力發（fā）電（diàn）實驗裝（zhuāng）置,大型雙饋風力發電實驗設（shè）備（bèi）主要模塊功能特點和技術參數：
1、雙饋發電機、額定功（gōng）率：3kW、額（é）定電壓：380V、轉（zhuǎn）子電壓（yā）：124V、轉子開路電壓：620V
額定轉速：1200rpm、級數：6、防護（hù）等級（jí）：IP44
2、雙饋可（kě）控逆（nì）變控製係統：
響應速度：<300us、額定電（diàn）壓：380V、額定頻率：50Hz、頻率波動範圍：±1HZ
電網電壓總諧波畸變率：4%、額定容量：<=10kW、功率（lǜ）因數：0.951、效率：滿功率（lǜ）時>=95%
冷卻方式: 空冷、並網時間：<2s、通訊方式：profibus DP、噪聲：＝<70dB、1.3.3齒輪箱
最大負載10kW， 變速比1:90
3、控製係統：
1）主控製係統包括：控製櫃、電氣係統、主控計算（suàn）機及控製係統軟件
2）偏航係（xì）統：偏航伺服電機、減速（sù）箱及編碼器、伺服控製器及控製軟件
3）變漿係統：變漿伺服電機、伺服控製器（qì）及控製軟件
4）偏航電機：0.75kW、（5）偏航扭纜CW方向傳感器
6）伺服控製器：
DSP全數字控製方式，可以實現多種電機控製算法、內置電子齒輪控製功能（néng）、六種脈衝輸入方式，與用戶上位機接口方便靈活、編碼器反饋脈衝可分頻輸出，分（fèn）頻數：1-255，鍵盤及LED數碼顯示
保護功能：具有過壓、過流、過載、失（shī）速等報（bào）警
4、檢測（cè）用傳感器：
電機速度、位（wèi）置編碼器、電流、電壓傳感器。隨驅動器供貨，具體按照定貨實際參（cān）數
5、電控櫃係統：
由調速控製櫃、變流控製櫃、備用電源櫃、主控主控台組成。
6、PLC控（kòng）製係統：
采用主站PLC為主（zhǔ）的主控係統、分站PLC為輔的偏航及變漿係統，Profibus DP通（tōng）訊接口（kǒu）。係（xì）統可以通過遠程操控（kòng），組態控製軟件，提供標準的編程接口。
7、底座
1）組成：基座、塔杆、偏航係統支架（jià）、機艙；
2）基座（zuò）：係統尺寸：3.8m×1m×3m範圍內；底座的設計（jì）與（yǔ）係統設計過程中采用的具體器件有關，可以根據器件及客戶需求最終確定結構尺寸及加工。
3）機艙：葉槳（jiǎng）、輪轂、齒輪（lún）箱、拖動（dòng）係統、發電機、傳感器等。
8、風速模擬驅（qū）動係統（tǒng）
用來模擬風力發電機中（zhōng）風吹風輪轉動情況，是實（shí）驗係統的動（dòng）力源。其中包括電動機部分和驅動器部分：(1) 電（diàn）動機：三相交流異步電動機、額定電壓：380V、額（é）定電流（liú）：15.3A、額定功率：7.5kW
額定轉速：1440r/min、(2)驅動器：西門子440變頻器
■ 主要特征：
調試簡單6個可（kě）編程，帶（dài）隔離的數字輸入（rù），2個可編程的模擬輸出，3個完（wán）全的可編程的繼電器輸出
完善的變頻器和電動機保護功能
■ 控製功能的特點（diǎn）：
最新的IGBT技術，數字微處理器控製，高（gāo）質量的矢量控製係統，線性V/F特性，平方V/F特性
高品質的PID控製器（qì），集成的製動（斬波）器，4個跳轉頻率（lǜ）
■保護功能（néng）：
過載能力，過壓/欠壓保護，變頻（pín）器過溫保護（hù），接地故（gù）障保護，短路保護，閉鎖電動機保護（hù），防止電動機失速，參數連鎖，1.3.10風速風向（xiàng）模擬係統，（1）風速風向儀
■ 技術指標：
風（fēng）速測量範圍：0-60m/s、風速測量精度：±0.4m/s、風向（xiàng）測量範圍：0-360°、風向測量精度：±2°
電壓（yā）：DC9V-24V、傳輸方式：數字傳（chuán）輸485/模（mó）擬接（jiē）口、（2）變頻器、額定電壓：380V、額（é）定功率（lǜ）：1.5kW，功能：過載報警、外（wài）部故障（zhàng）停機、欠壓停機、RS485通訊接口（3）模擬風發生器：
額定電壓：380V、額定功率：0.85kW、最大流量：210m³/h、最大吹力：220mbar、1.3.11監控係統
■ 技術指標：操作係統：Windows XP/CE，WinXPE、安裝方式：控製櫃麵板
工作環境溫度：-20℃~50℃、工（gōng）作相對濕度：10～95% ，無凝結
■ 功能特點：寬溫度設（shè）計，適合低（dī）溫下（xià）穩定運行、安全保護，防止風力振動帶來的損壞
支持Windoews係統的軟件開發、風電機組控製、參數顯（xiǎn）示和（hé）設置、權限控製、故（gù）障（zhàng）記錄查詢
曆史（shǐ）數據查詢和統計，
9、主控製器功能特點
■ 高性能：配置工業級533MHz處理（lǐ）器，擁有納秒級（13ns）的（de）處理（lǐ）速度；程序運行周期（qī）最小可達10ms；支（zhī）持多任務配置（zhì），最多可配置32種不同任務（wù）。
■ 高可靠性：保護及通訊不受電磁幹擾；風電主控製器已通過（guò）UL、CE認證；背板背麵（miàn）全部接地（dì），有效抵抗脈衝群幹擾；具備良好的電磁兼容性，現場與係統、通道（dào）與通道間采用隔離措施。
■開放性強：支持多種現場總線協議，如 Modbus、Profibus-DP等（děng），同時提供（gòng）多種接口方（fāng）式選擇，滿足風力發電機上通訊設備的需求；
■出色的（de）環（huán）境適應性：寬溫（wēn）型設計，存儲溫度-40℃～70℃，運行溫度-25℃～60℃；
出色的三防工藝，防（fáng）鹽霧、防濕熱、防黴菌，適合於戈壁、灘塗以及海上風力發電機。
■強大的冗（rǒng）餘和自（zì）診（zhěn）斷功能（néng）：擁有強大的自診斷功能（néng），DO模塊具有回讀（dú）功能，進行數據比較自檢；
具有掉電檢測（cè）和超量程及超限報警功能；支持電源冗餘、CPU冗餘、通訊冗餘（yú），滿足海上（shàng）風機的高可靠性要求；
■適合風電應用的專家模塊：高速（sù）測（cè）頻模塊、光纖通訊模塊、電量（liàng）采集模塊等，用於完成風電特殊信號的采集和通訊；
■ 易用性和易（yì）維護性（xìng）：模塊支持帶電插拔，新模塊自（zì）動進行數據的初始化設置（zhì），並快速與CPU建（jiàn）立通信；編（biān）程（chéng）軟件符合IEC61131-3國際標準，具有LD、IL、FBD、ST、SFC和CFC六種編程語言；
靈（líng）活的SD存儲卡，可進行工程（chéng）恢複及備（bèi）份複製，使係統維護更加方便、快捷；背板上設（shè）計有防混（hún）銷，以避免插錯模塊；采用WAGO端子接線，簡（jiǎn）單牢固。保證機艙震動過（guò）大時（shí），接線不脫落；外形小巧（qiǎo），易於安（ān）裝（zhuāng），既可分散，也可集中；
10、主控製器（qì）編程軟件：
■功能特點:符合IEC61131-3標準的編程語言,強大的運算功能，支持32位浮點運算（suàn）,支持數組、指針，方便實現（xiàn）複雜（zá）運算,支持軟（ruǎn）件仿真、在線調（diào）試及用戶代碼檢查功能,集成（chéng）故障數據分析和顯示功能,具有用戶程序密碼保護功能,六種（zhǒng）編（biān）程語言，滿足編程人員進行（háng）複雜的邏（luó）輯控（kòng）製需求
子程（chéng）序之間可采用不同（tóng）的編程語言，並可相（xiàng）互調用,支持編寫自定（dìng）義（yì）塊、函數和子程序可保存為內部庫的形式,自定義內部庫可以在不同工（gōng）程中調用,可（kě）對風機中的關鍵變量進行采樣跟蹤，如風速、槳距角,角（jiǎo）度（dù）、風向（xiàng）、發電機輸出電流、電（diàn）壓、變（biàn）流器（qì）反饋轉矩,等進行實時跟蹤，並（bìng）保存數據.
11、安全鏈震動、過壓、超速、解纜失靈等故障保護係統，可以避免係統失控（kòng）。
12、電源實驗室（shì）提供50kVA三相四線AC 380V交流電源、5kVA的AC 220V交流電（diàn）源及可靠的接地（dì）係統。
風（fēng）力發電機實驗係統主要用於學生的教學實踐和科研開發，通過風機控製係統與風機模擬係統的連接，盡可能的（de）模擬（nǐ）實際（jì）風力（lì）發電機運行的工藝特點和控製要求。此係統開放性強，可通過對控製係統和模擬係統的PLC 編程，實現對不同類型風機的模擬以及控製仿真，可用於學（xué）生理論研（yán）究、實踐等。實現變速恒頻風力機組發電狀態的模擬，包括轉速、轉矩、發電量及有功、無功調節（jiē）。
■主要實驗功能如下：風（fēng）力發電機接線形式實驗,空載運轉實驗,並網過程實驗,並網連續運行實驗,風速模擬實驗,轉距模擬實驗,發電功率（lǜ）模擬實驗,其它相關發電性能及測量實驗,脫網保護模擬實驗（yàn）,,控製策略模擬實驗,主控係統的（de）配置、特點和工藝要求,學習主控軟件（jiàn）編寫（xiě）和調（diào）試（shì）,研究和調試風機核心（xīn）控製算法,自主編程應用,風力（lì）發電現場參數采集的邏輯分析.
五（wǔ）、大型雙（shuāng）饋風力發電實驗係統,大型雙饋風力發電實驗裝置,大型雙饋風力發電（diàn）實驗設備安裝建議：
要求：室內安裝，樓層高度不（bú）低（dī）於3m，樓（lóu）層為一樓，門寬3m，樓層走廊3m。
