YUY-FN03大型雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗系統|新能源教學(xué)設備

1.YUY-FN03大型雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗系統|新能源教學(xué)設備

1.1整體方案
（1）動(dòng)力控制系統, 用來(lái)模擬自然風(fēng)通過(guò)葉槳產(chǎn)生的轉動(dòng)力矩輸入到發(fā)電機的機械轉矩，為系統發(fā)電提供原動(dòng)力。它由電動(dòng)機、調速系統和控制系統構成。

（2）變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機的勵磁控制系統, 控制雙向可控逆變器使發(fā)電機變速恒頻運行。它由雙饋風(fēng)力發(fā)電機, 雙向可控逆變器和控制軟件系統等構成。

（3）風(fēng)力發(fā)電的主控系統, 對整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統進(jìn)行統一監控、管理和安全控制。主要包括監控主機和監控軟件、主控系統、多功能測控儀表、模擬風(fēng)系統、風(fēng)力發(fā)電安全系統及各類(lèi)測量?jì)x器儀表等。

風(fēng)機實(shí)驗系統包含變槳、主控、主軸、齒輪箱、發(fā)電機、雙向可控逆變控制器、備用電源、風(fēng)速模擬等，用于模擬實(shí)際風(fēng)機運行狀態(tài)，測試相關(guān)硬件和軟件系統，分析風(fēng)機離、并網(wǎng)發(fā)電系統的控制算法。

風(fēng)機實(shí)驗系統電控部分包含主控系統、變槳系統、測試系統、逆變并網(wǎng)控制系統、監控系統等。

主控系統用于連接風(fēng)速風(fēng)向傳感器、震動(dòng)傳感器、位置傳感器、測量、安全鏈、監控系統等，控制風(fēng)速方向、偏航、變槳等信息。

變槳系統主要是用于控制三個(gè)槳葉的獨立轉動(dòng)，模擬風(fēng)機葉槳根據風(fēng)速及風(fēng)向變化情況完成變槳控制算法，實(shí)現變槳控制。

測試系統主要控制風(fēng)速模擬系統，用于模擬自然風(fēng)速風(fēng)向，來(lái)測試風(fēng)力發(fā)電機在不同風(fēng)速風(fēng)向情況下的運行狀態(tài)；

離、并網(wǎng)控制主要完成風(fēng)力資源的離、并網(wǎng)利用，分析系統運行的各種工況。

1.2大型風(fēng)力發(fā)電模擬實(shí)驗系統選型
1.2.1系統整體結構

在實(shí)驗室環(huán)境下研究風(fēng)力發(fā)電系統, 無(wú)法得到現場(chǎng)的風(fēng)能輸入, 也無(wú)法安裝巨大的槳葉, 因此用原動(dòng)機及模擬風(fēng)系統實(shí)現風(fēng)力發(fā)電機的機械和電氣輸出特性；風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗系統構成圖，如圖6

1.2.2系統組成

系統包含

 1.2.3主控實(shí)驗系統

主控實(shí)驗系統包括主控控制系統以及模擬風(fēng)發(fā)生系統，風(fēng)機主控系統如圖8。 

主控系統是風(fēng)力發(fā)電機控制的核心，在滿(mǎn)足風(fēng)力發(fā)電機安全運行的前提下，盡可能的獲取zui大功率。

主控系統用于模擬實(shí)際 1.5～3 MW雙饋型風(fēng)機的主控系統，主要用于模擬實(shí)際風(fēng)機的主控系統，采集變漿和偏航的IO 點(diǎn)，實(shí)現整機控制。HMI用于顯示和控制PLC 系統。

風(fēng)力發(fā)電機主控系統采用主控PLC 與HMI，與實(shí)際風(fēng)機控制系統*，滿(mǎn)足風(fēng)機控制要求。

風(fēng)力發(fā)電機整機模擬系統包括操作臺柜、PLC、按鈕、指示燈、測控儀表、風(fēng)速風(fēng)向發(fā)生儀、監控系統等，用于模擬風(fēng)機內部各種控制信號。模擬測試系統與實(shí)際控制系統連接，來(lái)模擬風(fēng)機運行的實(shí)際狀況。風(fēng)力發(fā)電機內部模擬控制信號可通過(guò)PLC編程控制，用戶(hù)也可在現有硬件基礎上自行開(kāi)發(fā)控制軟件，實(shí)現對各種自然風(fēng)的模擬，完成對風(fēng)力發(fā)電機控制算法的研究。

通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機控制系統與風(fēng)力發(fā)電機模擬系統的連接，盡可能的模擬實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機運行的工藝特點(diǎn)和控制要求。此系統開(kāi)放性強，可通過(guò)對控制系統和模擬系統的PLC編程，實(shí)現對不同類(lèi)型風(fēng)力發(fā)電機的模擬以及控制仿真?？捎糜趯W(xué)術(shù)理論研究、學(xué)生實(shí)驗等。
此套系統主要功能包括：
可通過(guò)此系統，讓學(xué)生學(xué)習主控系統的配置、特點(diǎn)和工藝要求；
可通過(guò)此系統，讓學(xué)生學(xué)習主控軟件編寫(xiě)和調試；
可通過(guò)此系統，讓學(xué)生研究和模擬不同風(fēng)機的運行特點(diǎn)；
可通過(guò)此系統，讓學(xué)生研究和調試風(fēng)機核心控制算法；
可通過(guò)此系統，測試完整的主控系統，實(shí)現主控系統電氣、軟件等測試
風(fēng)機主控實(shí)驗系統特點(diǎn)：
 先進(jìn)性，滿(mǎn)足目前zui主流的兆瓦級變速恒頻風(fēng)機控制系統的要求；
 開(kāi)放性，無(wú)論是PLC 還是計算機均可自主編程，滿(mǎn)足學(xué)生學(xué)習的要求；
適應性，可滿(mǎn)足不同功率、不同類(lèi)型的風(fēng)機測試和模擬；
1.2.4模擬風(fēng)發(fā)生系統
本實(shí)驗系統包括一套測試系統，由PLC、變頻器、工控機等組成，主要用于控制模擬風(fēng)發(fā)生器的風(fēng)速和風(fēng)向，模擬實(shí)際運行的風(fēng)速環(huán)境，其功能如下：
 內部保存多種風(fēng)速曲線(xiàn)，包括微風(fēng)、陣風(fēng)、大風(fēng)、颶風(fēng)等，包含風(fēng)速變化趨勢曲線(xiàn)，可方便的模擬實(shí)際的風(fēng)況；
 通過(guò)變頻器控制，控制不同風(fēng)速；
顯示屏可以顯示主控系統、變槳系統、偏航系統和測試系統的參數，并能方便控制；
 測試系統通過(guò)對不同風(fēng)速的控制，來(lái)測試不同風(fēng)況下的風(fēng)力發(fā)電機運行狀態(tài)。
1.3系統主要模塊功能特點(diǎn)和技術(shù)參數
1.3.1雙饋發(fā)電機
額定功率：3kW
額定電壓：380V
轉子電壓：124V
轉子開(kāi)路電壓：620V
額定轉速：1200rpm
級數：6
防護等級：IP44
1.3.2雙饋可控逆變控制系統
響應速度：<300us
額定電壓：380V
額定頻率：50Hz
頻率波動(dòng)范圍：±1HZ
電網(wǎng)電壓總諧波畸變率：4%
額定容量：<=10kW
功率因數：0.951
效率：滿(mǎn)功率時(shí)>=95%
冷卻方式: 空冷
并網(wǎng)時(shí)間：<2s
通訊方式：profibus DP
噪聲：＝<70dB
1.3.3齒輪箱
zui大負載10kW， 變速比1:90
1.3.4控制系統
（1）主控制系統包括：控制柜、電氣系統、主控計算機及控制系統軟件
（2）偏航系統：偏航伺服電機、減速箱及編碼器、伺服控制器及控制軟件
（3）變漿系統：變漿伺服電機、伺服控制器及控制軟件
（4）偏航電機：0.75kW
（5）偏航扭纜CW方向傳感器
（6）伺服控制器：
DSP全數字控制方式，可以實(shí)現多種電機控制算法
內置電子齒輪控制功能
六種脈沖輸入方式，與用戶(hù)上位機接口方便靈活
編碼器反饋脈沖可分頻輸出，分頻數：1-255
鍵盤(pán)及LED數碼顯示
保護功能：具有過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、失速等報警
1.3.5檢測用傳感器
電機速度、位置編碼器、電流、電壓傳感器。隨驅動(dòng)器供貨，具體按照定貨實(shí)際參數
1.3.6電控柜系統
由調速控制柜、變流控制柜、備用電源柜、主控主控臺組成。
1.3.7 PLC控制系統
采用主站PLC為主的主控系統、分站PLC為輔的偏航及變漿系統，Profibus DP通訊接口。系統可以通過(guò)遠程操控，組態(tài)控制軟件，提供標準的編程接口。
1.3.8底座
（1）組成：基座、塔桿、偏航系統支架、機艙；
（2）基座：系統尺寸：3.8m×1m×3m范圍內；底座的設計與系統設計過(guò)程中采用的具體器件有關(guān)，可以根據器件及客戶(hù)需求zui終確定結構尺寸及加工。
（3）機艙：葉槳、輪轂、齒輪箱、拖動(dòng)系統、發(fā)電機、傳感器等。
1.3.9風(fēng)速模擬驅動(dòng)系統
用來(lái)模擬風(fēng)力發(fā)電機中風(fēng)吹風(fēng)輪轉動(dòng)情況，是實(shí)驗系統的動(dòng)力源。其中包括電動(dòng)機部分和驅動(dòng)器部分：
(1) 電動(dòng)機：三相交流異步電動(dòng)機
額定電壓：380V
額定電流：15.3A
額定功率：7.5kW
額定轉速：1440r/min
(2)驅動(dòng)器：西門(mén)子440變頻器
 主要特征：
調試簡(jiǎn)單
6個(gè)可編程，帶隔離的數字輸入
2個(gè)可編程的模擬輸出
3個(gè)*的可編程的繼電器輸出
完善的變頻器和電動(dòng)機保護功能
 控制功能的特點(diǎn)：
的IGBT技術(shù)
數字微處理器控制
高質(zhì)量的矢量控制系統
線(xiàn)性V/F特性
平方V/F特性
高品質(zhì)的PID控制器
集成的制動(dòng)（斬波）器
4個(gè)跳轉頻率
保護功能：
過(guò)載能力
過(guò)壓/欠壓保護
變頻器過(guò)溫保護
接地故障保護
短路保護
閉鎖電動(dòng)機保護
防止電動(dòng)機失速
參數連鎖
1.3.10風(fēng)速風(fēng)向模擬系統
（1）風(fēng)速風(fēng)向儀
 技術(shù)指標：
風(fēng)速測量范圍：0-60m/s
風(fēng)速測量精度：±0.4m/s
風(fēng)向測量范圍：0-360°
風(fēng)向測量精度：±2°
電壓：DC9V-24V
傳輸方式：數字傳輸485/模擬接口
（2）變頻器
額定電壓：380V
額定功率：1.5kW
功能：過(guò)載報警、外部故障停機、欠壓停機、RS485通訊接口
（3）模擬風(fēng)發(fā)生器
額定電壓：380V
額定功率：0.85kW
zui大流量：210m³/h
zui大吹力：220mbar
1.3.11監控系統
 技術(shù)指標：
操作系統：Windows XP/CE，WinXPE
安裝方式：控制柜面板
工作環(huán)境溫度：-20℃~50℃
工作相對濕度：10～95% ，無(wú)凝結
 功能特點(diǎn)：
寬溫度設計，適合低溫下穩定運行
安全保護，防止風(fēng)力振動(dòng)帶來(lái)的損壞
支持Windoews系統的軟件開(kāi)發(fā)
風(fēng)電機組控制
參數顯示和設置
權限控制
故障記錄查詢(xún)
歷史數據查詢(xún)和統計
1.3.12主控制器功能特點(diǎn)
 高性能
配置工業(yè)級533MHz處理器，擁有納秒級（13ns）的處理速度；
程序運行周期zui小可達10ms；
支持多任務(wù)配置，zui多可配置32種不同任務(wù)。
 高可靠性
保護及通訊不受電磁干擾；
風(fēng)電主控制器已通過(guò)UL、CE認證；
背板背面全部接地，有效抵抗脈沖群干擾；
具備良好的電磁兼容性，現場(chǎng)與系統、通道與通道間采用隔離措施。
開(kāi)放性強
支持多種現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，如 Modbus、Profibus-DP等，同時(shí)提供多種接口方式選擇，滿(mǎn)足風(fēng)力發(fā)電機上通訊設備的需求；
出色的環(huán)境適應性
寬溫型設計，存儲溫度-40℃～70℃，運行溫度-25℃～60℃；
出色的三防工藝，防鹽霧、防濕熱、防霉菌，適合于戈壁、灘涂以及海上風(fēng)力發(fā)電機。
強大的冗余和自診斷功能
擁有強大的自診斷功能，DO模塊具有回讀功能，進(jìn)行數據比較自檢；
具有掉電檢測和超量程及超限報警功能；
支持電源冗余、CPU冗余、通訊冗余，滿(mǎn)足海上風(fēng)機的高可靠性要求；
適合風(fēng)電應用的專(zhuān)家模塊
高速測頻模塊、光纖通訊模塊、電量采集模塊等，用于完成風(fēng)電特殊信號的采集和通訊；
易用性和易維護性
模塊支持帶電插拔，新模塊自動(dòng)進(jìn)行數據的初始化設置，并快速與CPU建立通信；
編程軟件符合IEC61131-3標準，具有LD、IL、FBD、ST、SFC和CFC六種編程語(yǔ)言；
靈活的SD存儲卡，可進(jìn)行工程恢復及備份復制，使系統維護更加方便、快捷；
背板上設計有防混銷(xiāo)，以避免插錯模塊；
采用WAGO端子接線(xiàn)，簡(jiǎn)單牢固。保證機艙震動(dòng)過(guò)大時(shí)，接線(xiàn)不脫落；
外形小巧，易于安裝，既可分散，也可集中；
1.3.13主控制器編程軟件
功能特點(diǎn)
符合IEC61131-3標準的編程語(yǔ)言
強大的運算功能，支持32位浮點(diǎn)運算
支持數組、指針，方便實(shí)現復雜運算
支持軟件仿真、在線(xiàn)調試及用戶(hù)代碼檢查功能
集成故障數據分析和顯示功能
具有用戶(hù)程序密碼保護功能
六種編程語(yǔ)言，滿(mǎn)足編程人員進(jìn)行復雜的邏輯控制需求
子程序之間可采用不同的編程語(yǔ)言，并可相互調用
支持編寫(xiě)自定義塊、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程中調用
可對風(fēng)機中的關(guān)鍵變量進(jìn)行采樣跟蹤，如風(fēng)速、槳距角
角度、風(fēng)向、發(fā)電機輸出電流、電壓、變流器反饋轉矩
等進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，并保存數據
1.3.14安全鏈
震動(dòng)、過(guò)壓、超速、解纜失靈等故障保護系統，可以避免系統失控。
1.3.15電源
實(shí)驗室提供50kVA三相四線(xiàn)AC 380V交流電源、5kVA的AC 220V交流電源及可靠的接地系統。
2.系統功能
風(fēng)力發(fā)電機實(shí)驗系統主要用于學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐和科研開(kāi)發(fā)，通過(guò)風(fēng)機控制系統與風(fēng)機模擬系統的連接，盡可能的模擬實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機運行的工藝特點(diǎn)和控制要求。此系統開(kāi)放性強，可通過(guò)對控制系統和模擬系統的PLC 編程，實(shí)現對不同類(lèi)型風(fēng)機的模擬以及控制仿真，可用于學(xué)生理論研究、實(shí)踐等。實(shí)現變速恒頻風(fēng)力機組發(fā)電狀態(tài)的模擬，包括轉速、轉矩、發(fā)電量及有功、無(wú)功調節。
主要實(shí)驗功能如下：
風(fēng)力發(fā)電機接線(xiàn)形式實(shí)驗
空載運轉實(shí)驗
并網(wǎng)過(guò)程實(shí)驗
并網(wǎng)連續運行實(shí)驗
風(fēng)速模擬實(shí)驗
轉距模擬實(shí)驗
發(fā)電功率模擬實(shí)驗
其它相關(guān)發(fā)電性能及測量實(shí)驗
脫網(wǎng)保護模擬實(shí)驗
控制策略模擬實(shí)驗
主控系統的配置、特點(diǎn)和工藝要求
學(xué)習主控軟件編寫(xiě)和調試
研究和調試風(fēng)機核心控制算法
自主編程應用
風(fēng)力發(fā)電現場(chǎng)參數采集的邏輯分析
3.設備安裝建議
要求：室內安裝，樓層高度不低于3m，樓層為一樓，門(mén)寬3m，樓層走廊3m。

新能源教學(xué)設備

YUY-CM太陽(yáng)電池組件測試臺

YUY-2000B風(fēng)力發(fā)電系統設備

YUY-TYN09光伏電源系統實(shí)訓臺

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