YUYXNY-SK03T雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

一、產(chǎn)品概述

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用變速恒頻控制的雙饋異步發(fā)電機(jī)組，可以完成大功率雙饋風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)模擬和運(yùn)行操作訓(xùn)練。

二、產(chǎn)品特點(diǎn)

模擬真實(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、并網(wǎng)、正常運(yùn)行和停機(jī)過(guò)程，具備模擬機(jī)組變速調(diào)節(jié)能力，有功、無(wú)功的調(diào)節(jié)能力；

風(fēng)速模型不僅可設(shè)定典型幾種風(fēng)速曲線，支持導(dǎo)入實(shí)際測(cè)量得到的風(fēng)速―時(shí)間數(shù)據(jù)；

FaceView實(shí)驗(yàn)主控軟件執(zhí)行機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)流程控制和數(shù)據(jù)記錄、顯示、系統(tǒng)監(jiān)控等功能；

實(shí)現(xiàn)風(fēng)速和風(fēng)力機(jī)模擬，機(jī)組并網(wǎng)控制，機(jī)組大功率運(yùn)行控制，機(jī)組恒速運(yùn)行，機(jī)組限功率運(yùn)行，機(jī)組低電壓穿越，機(jī)組脫網(wǎng)控制等控制功能；

背靠背變流器可實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電壓的初始狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在故障條件下不脫網(wǎng)運(yùn)行，低電壓穿越的功能，支持風(fēng)機(jī)的低電壓穿越實(shí)驗(yàn);

軟件分析風(fēng)力發(fā)電的數(shù)據(jù)與運(yùn)行特性，能夠顯示異常時(shí)的故障原因；

RS485接口，提供開放式MODBUS規(guī)約接入監(jiān)控系統(tǒng)；

完善的保護(hù)功能，包括過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、超速保護(hù)、短路保護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)低電壓穿越以及外接電源電壓不穩(wěn)定時(shí)保護(hù)實(shí)驗(yàn)；

注：帶醒目的危險(xiǎn)標(biāo)識(shí)，如：有電危險(xiǎn)、運(yùn)行時(shí)請(qǐng)勿打開、嚴(yán)謹(jǐn)帶電操作等。

雙饋實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

二、系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)參數(shù)

2.1 工作條件

輸入電壓：三相四線～380V±10%  50Hz

裝置容量：≤3.0kW

海拔：0～2000m；

環(huán)境溫度：-10℃～＋50℃；

環(huán)境相對(duì)濕度: 10～90%(25℃)；

大氣壓力范圍：1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓范圍；

室內(nèi)安裝；

平臺(tái)必須水平安裝；

設(shè)備正常使用年限：≥20年；

環(huán)境要求：環(huán)境通風(fēng)良好，不含易燃、腐蝕性氣體；

2.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本尺寸：

實(shí)驗(yàn)臺(tái)：2000×400×600；（長(zhǎng)×深×高，mm）

變流器：1000×600×1500；

主控柜：800×600×1820；

注：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分兩排布置，預(yù)計(jì)占地面積 3m×3m

2.2 定制雙饋變流器系統(tǒng)

風(fēng)電變流器包括雙饋風(fēng)機(jī)變流器、全功率變流器和PWM整流器，均為我司自主研發(fā)，根據(jù)高校和研究所客戶要求定制開發(fā)，具有功能完善、產(chǎn)品可靠、開放性強(qiáng)、保護(hù)嚴(yán)格等特點(diǎn)。

雙饋風(fēng)電機(jī)組圖及變流器內(nèi)部圖

模擬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變流器由AC-DC-AC PWM變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，前級(jí)交流輸入可選接入交流/直流電網(wǎng)，根據(jù)設(shè)定的風(fēng)速，將相應(yīng)能量注入到直流母線上，后級(jí)交流輸出接交流母線，將輸入的能量注入到配電/微電網(wǎng)。該變流器為定制產(chǎn)品，根據(jù)用戶的要求設(shè)計(jì)，功能特點(diǎn)如下：

機(jī)側(cè)矢量控制，網(wǎng)側(cè)矢量解耦P/Q控制；

電網(wǎng)電壓在-3%～+7%范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)能正常運(yùn)行；

并網(wǎng)滿載電流總諧波畸變率5%以下；

過(guò)流/過(guò)壓/過(guò)溫保護(hù)，分硬件保護(hù)和軟件保護(hù)；

具備低電壓穿越功能；

提供直流側(cè)外接其他電氣設(shè)備的接口；

支持電網(wǎng)不平衡度小于 10%時(shí)正常發(fā)電運(yùn)行；

支持較寬的運(yùn)行速度范圍：700-2000RPM；

   3.0 kW背靠背變流器主要指標(biāo)

2.3 設(shè)備主要配置參數(shù)

三、雙饋系統(tǒng)低電壓穿越與實(shí)驗(yàn)

3.1 電網(wǎng)電壓跌落的危害

對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)：

出現(xiàn)的過(guò)電流會(huì)損壞電力電子器件；

DC端過(guò)電壓，將威脅直流側(cè)元器件；

附加的轉(zhuǎn)矩、應(yīng)力過(guò)大則會(huì)損壞風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械部件；

對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)：

引起電網(wǎng)頻率降低；

引起電網(wǎng)線壓降低；

引發(fā)聯(lián)鎖效應(yīng)，導(dǎo)致大面積電網(wǎng)癱瘓。

3.2 低電壓穿越LVRT定義及意義

當(dāng)電網(wǎng)故障或擾動(dòng)引起風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓跌落時(shí)，在電壓跌落的范圍內(nèi)，風(fēng)電機(jī)組能夠不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。

它對(duì)系統(tǒng)由較為重要的意義：

風(fēng)機(jī)能夠不脫網(wǎng)持續(xù)運(yùn)行；

能夠?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功功率Q支撐；

有助于有功功率P恢復(fù)；

3.3 國(guó)內(nèi)低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于低電壓穿越，要求如下圖所示，方案*遵循此標(biāo)準(zhǔn)：

低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)

并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌至20%額定電壓時(shí)，保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行625ms ；

跌落后2s 內(nèi)恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。

無(wú)功支撐：響應(yīng)時(shí)間不大于75ms，持續(xù)時(shí)間不少于550ms ；無(wú)功電流滿足IT≥1.5×（0.9-UT）IN ，（0.2≤UT≤0.9）

有功恢復(fù)：故障切除后以至少10%額定功率/秒的功率恢復(fù)到故障跌落前的功率；

3.4 低電壓穿越LVRT實(shí)驗(yàn)方案介紹

主要為在變流器上添加Crowbar和Chopper電路，并在變流器中進(jìn)行相應(yīng)控制：

Crowbar：其響應(yīng)時(shí)間短，能夠保護(hù)變流器IGBT、吸收和衰減畸變電流和諧波電流

Chopper：主要考慮單管吸收回路的設(shè)計(jì)，不同于Crowbar的投切工作方式，Chopper裝置在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)進(jìn)行100Hz左右的斬波動(dòng)作，大電流關(guān)斷時(shí)的尖峰很容易導(dǎo)致IGBT過(guò)壓實(shí)效。因此設(shè)計(jì)了RCD吸收回路和低感功率回路。

雙饋機(jī)組Crowbar

雙饋機(jī)組Chopper

其軟件部分邏輯如下：

雙饋機(jī)組LVRT軟件邏輯

低穿實(shí)驗(yàn)波形1

低穿實(shí)驗(yàn)波形2

低穿實(shí)驗(yàn)波形3

四、雙饋系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)主控軟件

FaceView實(shí)驗(yàn)主控軟件具有風(fēng)速特性模擬和風(fēng)機(jī)主控功能，能模擬幾種典型風(fēng)速如：微風(fēng)、陣風(fēng)、持續(xù)大風(fēng)、持續(xù)中速風(fēng)、或四種風(fēng)速合成特性。主控和風(fēng)機(jī)模擬的參數(shù)修改權(quán)限向用戶開放，用戶可以自由定制風(fēng)力機(jī)特性，選配接收實(shí)際的測(cè)風(fēng)儀數(shù)據(jù)。主控功能實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)控制，恒速運(yùn)行，限功率運(yùn)行，降功率運(yùn)行，低電壓穿越，機(jī)組脫網(wǎng)控制。

FaceView監(jiān)測(cè)以下參量：

風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；

驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置／速度、電流、電壓、功率、輸出轉(zhuǎn)矩；

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置／速度、電流、電壓、功率、輸出轉(zhuǎn)矩；

變流器直流電壓；

網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓、電流、功率；

電網(wǎng)電壓、電流、功率。

風(fēng)力發(fā)電模擬界面

曲線觀測(cè)界面

參數(shù)設(shè)定界面

低電壓實(shí)驗(yàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室安全用電智能控制系統(tǒng)

1、特點(diǎn)

當(dāng)智能控制系統(tǒng)檢測(cè)到有漏電或觸電情景出現(xiàn)時(shí)，智能控制系統(tǒng)在0.1秒斷開連接，保證人身和財(cái)產(chǎn)安全；智能控制系統(tǒng)本身有故障指示燈，用戶可根據(jù)智能控制系統(tǒng)故障指示燈顯示判斷出當(dāng)前故障狀態(tài)，便于處理；智能控制系統(tǒng)有掛鎖功能，需要檢修時(shí)，在掛鎖位置上鎖，★防止他人上電，檢修更安全。可以采集現(xiàn)場(chǎng)輸出型裝置數(shù)據(jù)，通過(guò)多種物聯(lián)網(wǎng)通信方式上傳至云端，實(shí)現(xiàn)本地設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2、功能

基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室安全用電智能控制系統(tǒng)，可進(jìn)行用電數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)、分析、查詢等。運(yùn)用前端數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將實(shí)時(shí)的用電數(shù)據(jù)展示在平臺(tái)上，并以圖表的形式提供可視化的用電信息查詢功能；運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用電設(shè)備和線路運(yùn)行狀況，對(duì)異常狀況及時(shí)告警，從而預(yù)防電氣火災(zāi)；運(yùn)用用電系統(tǒng)故障定位技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并精準(zhǔn)定位用電故障點(diǎn)，自動(dòng)生成故障報(bào)告，協(xié)助用戶一時(shí)間修復(fù)用電系統(tǒng)故障；運(yùn)用電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)分析和評(píng)估電能質(zhì)量問(wèn)題，并提供定制化的治理方案，協(xié)助用戶獲得優(yōu)質(zhì)電能；運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)和行業(yè)數(shù)學(xué)模型統(tǒng)計(jì)、分析并挖掘基礎(chǔ)的用電數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)發(fā)掘節(jié)能潛力，從而提供能效優(yōu)化方案。滿足用電管理系統(tǒng)可視、安全、可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)的智慧用電模塊需求。

3、基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室安全用電智能控制系統(tǒng)由執(zhí)行裝置與網(wǎng)機(jī)組成，技術(shù)參數(shù)分別為：

（1）執(zhí)行裝置技術(shù)參數(shù)

（1）極數(shù)：3P+N

（2）脫扣特性：C（5-10）In D（10-14）In

（3）額定電流：In 6A、10A、16A、20A、25A、32A、40A、50A、63A

（4）額定電壓：Ue AC 230V/400V

（5）額定頻率f：50Hz

（6）額定短路分?jǐn)嗄芰Γ篒cu10kA

（7）殼架等級(jí)額定電流：Inm63A

（8）缺相保護(hù)：設(shè)備防燒毀保護(hù)模式

（9）漏電保護(hù)：元器件損壞保護(hù)模式

（10）過(guò)載保護(hù)：電流過(guò)大防燒毀模式

（11）短路保護(hù)：碰線防燒毀模式

（12）掛鎖保護(hù)：便于維修安全

（13）過(guò)溫保護(hù)：可監(jiān)測(cè)線路溫度

（14）過(guò)欠壓保護(hù)：防止造成人身事故和機(jī)械設(shè)備損壞

（15）漏電或觸電時(shí)0.1秒斷開

（16）故障指示燈，便于查看工作狀態(tài)

★（17）掛鎖功能，檢修更方便

（2）網(wǎng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

（1）內(nèi)置STM32F103C8T6主控芯片

（2）外置8M無(wú)源晶振

（3）采用SP3485作為485通信芯片

（4）485防浪涌保護(hù)

（5）標(biāo)準(zhǔn)RS485接口，可直接串口設(shè)備

（6）智能型數(shù)據(jù)終端，便捷實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能

★（7）提供強(qiáng)大的中心管理軟件，方便設(shè)備管理

★（8）提供便捷的軟件升級(jí)和固件更新服務(wù)

★（9）提供數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)備份，方便查看歷史數(shù)據(jù)

（10）尺寸：89mm*67.5mm*20.5mm

（11）重量：70g

（12）電源：AC220V

（13）功耗：1.5W

（14）工作溫度：-25℃ - +70℃

（15）工作濕度：95%

（16）WiFi版大下行傳輸速率：64kbps

（17）WiFi版大上行傳輸速率：32kbps

五、開放雙饋風(fēng)電變流器系統(tǒng)（說(shuō)明）

算法類的函數(shù)開放，用戶可以按照自己的算法修改、調(diào)用，如整流、逆變、電機(jī)控制的SVPWM和低電壓穿越算法。

開放內(nèi)容如下：

雙饋?zhàn)兞髌魉须娐钒逵布韴D及BOM表(pdf版本)：控制板，電源板，信號(hào)板，電容板；

雙饋?zhàn)兞髌鞴耠姎庠韴D及BOM表(pdf版本)；

開放控制板的debug接口，客戶可以燒寫自己的程序；

雙饋?zhàn)兞髌魍ㄓ崊f(xié)議(RS485)（免費(fèi)）；

雙饋?zhàn)兞髌魇褂檬謨?cè)(免費(fèi))；

雙饋?zhàn)兞髌骶幊淌謨?cè)pdf版；

雙饋?zhàn)兞髌鬈浖碗妷捍┰剿惴?、整流器SVPWM算法和電機(jī)控制SVPWM算法的工程源文件，包括程序主框架、硬件驅(qū)動(dòng)功能、硬件配置功能、通訊功能、保護(hù)功能、編碼器功能、采樣功能、鎖相環(huán)功能、濾波函數(shù)等。低電壓穿越算法、整流器SVPWM算法和電機(jī)控制SVPWM算法用戶可以修改、調(diào)用。

雙饋風(fēng)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)圖如下：

六、可開設(shè)實(shí)驗(yàn)及科研教學(xué)內(nèi)容

風(fēng)力機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)

低電壓穿越實(shí)驗(yàn)

低電壓穿越算法研究

直流母線電壓控制實(shí)驗(yàn)

并網(wǎng)過(guò)程及連續(xù)實(shí)驗(yàn)

亞同步速、超同步速運(yùn)行控制實(shí)驗(yàn)

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)功率因素調(diào)節(jié)

 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目表

雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)|教學(xué)設(shè)備

雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)|教學(xué)設(shè)備