風力發(fā)電及風光互補實驗實訓設(shè)備

風力發(fā)電及風光互補實驗系統(tǒng)

主要功能

1、開放式雙饋風力發(fā)電仿真平臺實驗內(nèi)容

1、雙饋風力發(fā)電機平臺認知實驗

2、三相交流負載實驗

3、三相異步電機電動實驗

4、三相交流變頻輸出實驗

5、風力機轉(zhuǎn)速變化模擬控制實驗

6、雙饋電動機電動實驗

7、亞同步并網(wǎng)實驗

8、同步并網(wǎng)實驗

9、超同步并網(wǎng)實驗

10、亞同步離網(wǎng)實驗

11、風力發(fā)電控制策略及編程實驗

12、最大風能跟蹤實驗

13、最大功率跟蹤MPPT原理及控制實驗

14、有功、無功解耦控制實驗

15、并網(wǎng)及功率輸送實驗

16、電能質(zhì)量分析實驗

風光互補實驗系統(tǒng)實驗內(nèi)容：

1、太陽能電池板追日跟蹤系統(tǒng)設(shè)計調(diào)試與編程設(shè)計實驗；

2、光伏組件伏安特性測試實驗；

3、環(huán)境對光伏能量轉(zhuǎn)換影響實驗；

4、風速與輸出功率關(guān)系實驗；

5、發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出電壓、電流、功率關(guān)系實驗；

6、風光互補控制器工作原理及性能測試實驗；

7、風光互補控制器手動調(diào)節(jié)占空比測量光伏和輸出電壓、電流實驗；

8、風光互補最大功率跟蹤系統(tǒng)設(shè)計實驗；

9、風光互補控制器安全保護及設(shè)計實驗；（包括風機電壓、太陽能電池板電壓、蓄電池電壓、蓄電池充放電電流、蓄電池的荷電狀態(tài)顯示）

10、風光互補控制器通信測量實驗 ；

11、PWM輸出實驗；

12、功率開關(guān)MOS管控制負載驅(qū)動實驗；

13、蓄電池充電控制算法實驗；

14、蓄電池過放保護算法實驗；

15、蓄電池過充保護算法實驗；

16、直流負載輸出控制實驗；

17、時控負載輸出實驗；

18、光控負載輸出實驗；

19、時控+光控負載輸出實驗；

20、風機自動卸荷保護算法實驗；

21、風電變化自動功率跟蹤實驗；

22、光伏變化自動功率跟蹤實驗；

23、離網(wǎng)逆變器安裝調(diào)試與系統(tǒng)設(shè)計實驗；

24、離網(wǎng)逆變器參數(shù)設(shè)置與電能質(zhì)量分析實驗；

25、離網(wǎng)逆變器安全保護及設(shè)計實驗；

26、離網(wǎng)逆變器通信測量實驗；

27、并網(wǎng)逆變器安裝調(diào)試與系統(tǒng)設(shè)計實驗；

28、并網(wǎng)逆變器參數(shù)設(shè)置與電能質(zhì)量分析；

29、并網(wǎng)逆變器安全保護及設(shè)計實驗；

30、并網(wǎng)逆變器通信測量實驗；

31、孤島效應實驗；

32、太陽能發(fā)電系統(tǒng)運行與聯(lián)調(diào)實驗；

33、風電場發(fā)電系統(tǒng)運行與聯(lián)調(diào)實驗；

34、風光互補綜合MPPT算法設(shè)計實驗；

35、風力發(fā)電機側(cè)風偏航控制程序設(shè)計實驗；

36、風光互補發(fā)電能源監(jiān)控管理系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計實驗

2、主要的建設(shè)內(nèi)容

隨著現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，技術(shù)標準及施工工藝都在發(fā)生變化，不斷有新的技術(shù)規(guī)范出臺。社會上急需一大批具備適度基礎(chǔ)理論知識，實用技術(shù)知識面寬，工程實踐能力強，能適應電氣領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展需要的高等技術(shù)應用型人才。“風力發(fā)電和風光互補”技術(shù)是現(xiàn)代電氣工程技術(shù)人員必須掌握的內(nèi)容之一。

3、建設(shè)目標等

   該裝置能滿足高等院?！半姍C與電力拖動”、“電力系統(tǒng)分析”等課程的實訓教學的要求，同時能夠讓學生獨立自主進行動手實訓和畢業(yè)設(shè)計。

主要技術(shù)參數(shù)

一、開放式雙饋風力發(fā)電仿真平臺系統(tǒng)要求

3kw雙饋模擬風機組技術(shù)要求

1、采用一臺變頻調(diào)速三相異步電機帶動一臺雙饋發(fā)電機運行。

2、異步電動機功率為3-6kw，異步電機變頻器功率：3-6kw。雙饋發(fā)電機的功率為3-6kw。

3、異步電動機和雙饋發(fā)電機安裝在同一個底座上，使用聯(lián)軸器相連接。采雙饋4極發(fā)電機，測速采用用增量式光電編碼器實時測量電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置。

4、機組采用單獨的風機調(diào)速器，調(diào)速器配合上位機、整流器、變頻器用來實現(xiàn)定槳距變速恒頻發(fā)電機功率最大追蹤。須詳細描述調(diào)速器的工作原理，通訊拓撲結(jié)構(gòu)等。

模擬雙饋勵磁控制柜（含代碼開放）

1、機側(cè)PWM勵磁控制柜為轉(zhuǎn)子繞組提供勵磁電流，采用DSP控制器，運行電網(wǎng)電壓定向矢量控制模型。

2、PWM變換器可以根據(jù)需要工作在整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)，能量可以雙向流動，定子側(cè)電流和網(wǎng)側(cè)電流的大小和功率因數(shù)都是可調(diào)的，整個雙PWM變換器可以工作在四象限狀態(tài)。

3、勵磁控制柜通過PWM勵磁變頻器在電機轉(zhuǎn)子繞組中施加三相低頻交流電實現(xiàn)的。調(diào)節(jié)勵磁電流頻率，可以確保定子側(cè)輸出頻率保持恒定；投標文件技術(shù)方案中須詳細闡述整個機側(cè)控制的實現(xiàn)原理和拓撲結(jié)構(gòu)。

4、勵磁控制柜：須提供全套硬件原理圖和pcb圖紙和底層驅(qū)動源代碼，CCS主程序工程文件（可直接編譯、仿真、燒寫等），開放控制DSP仿真接口，可以進行二次開發(fā)。提供廠家源代碼開放承諾書以及源代碼開放列表。

5、柜體采用標準電力柜。

模擬雙饋網(wǎng)側(cè)逆變柜（含代碼開放）

1、變流柜功率為3KW，采用工頻隔離變壓器設(shè)計，保護功能完善，系統(tǒng)可靠性高，模塊化設(shè)計便于安裝維護。

2、需采用32位專用MCU芯片，具備浮點運算功能，技術(shù)方案中無功功率可調(diào)，功率因數(shù)范圍超前0.9至滯后0.9。投標文件技術(shù)方案中必須詳細闡述整個網(wǎng)側(cè)逆變的實現(xiàn)原理和拓撲結(jié)構(gòu)。

3、采用智能功率模塊，轉(zhuǎn)換效率高。先進的MPPT控制算法，適時追蹤最大輸出功率。

4、純正弦波輸出，自動同步并網(wǎng)，電流諧波含量小，對電網(wǎng)無污染、無沖擊；主動+被動的雙重檢測技術(shù)，實現(xiàn)反孤島運行控制，完美的保護和報警功能，可配備RS232/RS485通信接口，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視。

5、逆變柜：必須提供全套硬件原理圖和pcb圖紙和底層驅(qū)動源代碼，CCS主程序工程文件（可直接編譯、仿真、燒寫等），開放控制DSP仿真接口，可以進行二次開發(fā)。投標文件須提供廠家源代碼開放承諾書以及源代碼開放列表。

6、控制界面：主機采用工控機，500G硬盤，2G內(nèi)存，8串口、1網(wǎng)口；顯示器采用19英寸液晶顯示屏；具備統(tǒng)管整個系統(tǒng)的功能，設(shè)置總開關(guān)、分開關(guān)、啟動、停止等按鍵。

7、柜體柜體采用標準電力柜。

雙饋式風力能源監(jiān)控軟件

1、主界面，顯示系統(tǒng)工作的運行信息以及運行狀態(tài)、所有實驗控件、系統(tǒng)的啟?？丶⒁约皩崟r的電壓電流波形控件；

2、實時波形采集界面，顯示發(fā)電機組輸出電流波形、整流器輸出直流電壓和直流電流波形、逆變器輸出交流電壓和交流電流波形。

3、SVPWM算法界面，用戶在此界面可以進行SVPWM算法驗證，同時可以對SVPWM算法結(jié)構(gòu)一目了然。包括對整流測SVPWM算法結(jié)構(gòu)和逆變側(cè)SVPWM算法結(jié)構(gòu)。

4、MPPT實驗界面，MPPT實驗包括可控整流和不可控整流，用戶可以對比二者的區(qū)別；

5、歷史保存界面，用戶可以將波形或者運行信息等數(shù)據(jù)保存起來，以供后續(xù)處理。

6、上位機給出槳距角、葉片半徑、轉(zhuǎn)動慣量等值后，調(diào)速器會根據(jù)最大風能利用系數(shù)推到出對應的發(fā)電機轉(zhuǎn)速和變頻器輸出轉(zhuǎn)矩，進而實現(xiàn)MPPT過程。投標文件技術(shù)方案必須給出風機模擬上位機界面圖片，風機模擬軟件的詳細使用介紹，并詳細闡述如何由這些風能系數(shù)推算出需要的電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。

7、采用MODBUS協(xié)議，可直接通過監(jiān)控軟件操作系統(tǒng)設(shè)備。

8、上位監(jiān)控軟件需要采用QT語言編寫，開放所有源程序代碼，以便進行二次開發(fā)。電能質(zhì)量分析實驗

二、開放式風光互補發(fā)電實驗系統(tǒng) 技術(shù)要求

1、模擬追日光伏發(fā)電系統(tǒng)：

采用接近太陽光光譜的模擬太陽光源追日系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場白晝仿真實驗環(huán)境和智能控制，使得實驗隨時都可以進行，而不需要受天氣變化的限制。

1.1光伏電池組件

采用4塊光伏電池組件并聯(lián)組成光伏電池方陣。

額定功率：Pm=4*20W    工作電壓：Vmp=18.0V  

開路電壓：Voc=22.30V  短路電流：Isc=1.30A

連續(xù)過載能力：不低于110%

瞬時過載能力：不低于140%，10秒

1.2追日裝置

模擬光源功率：2*300W

追日方式：雙軸，俯仰±60°，旋轉(zhuǎn)360°

追日精度：大于±0.3°

追日傳感器：不小于精度0.1°，采用PE濾光材料

2、偏航變換風電場系統(tǒng)；（風向、風速變化及控制）

2.1風力發(fā)電機

額定功率：300W  

輸出（整流）電壓：＞ +12V

葉片旋轉(zhuǎn)直徑：1.1-1.4m

葉片數(shù)量：3個

啟動風速：1m/s，切入風速：1.5m/s ，安全風速：25 m/s。

偏航：程序控制自動偏航；

偏航電機：工作電壓（DC 12V）、轉(zhuǎn)速（5rpm）

2.2側(cè)風偏航系統(tǒng)

   采用可變尾翼控制，根據(jù)風力大小實現(xiàn)側(cè)風偏航，自動實現(xiàn)最優(yōu)的風力發(fā)電角度，0-90°變換。

2.3風源模擬裝置

流量：2100m3/h

電壓：380V（由變頻器控制）

全壓：215Pa

頻率：50Hz

功率：0.3-0.5Kw

轉(zhuǎn)速：1400r/min

軸流風機支架，軸流風機框罩

3、風電場控制系統(tǒng)：

采用PLC控制器，實現(xiàn)控制整個側(cè)風偏航，控制風場的運動。

4、開放式風光互補控制器系統(tǒng)；

4.1、RS485通訊功能：

   支持包括MODBUS在內(nèi)的多種通信協(xié)議并能與上位機進行通訊的參考程序，上位機可通過RS485通訊接口從控制器讀取當前電池電壓、電池輸入輸出電流、電池電量狀況、風電輸入電壓、風電輸入電流、系統(tǒng)時間、風力發(fā)電機板溫度、風電輸入功率、光伏輸入電壓、光伏輸入電流、系統(tǒng)時間、電池板溫度、光伏輸入功率數(shù)據(jù)；上位機還可以通過RS485通訊接口對控制器進行一些主要參數(shù)的設(shè)置如：電池標稱容量、過放保護極限電壓、過充保護極限電壓、系統(tǒng)時間、設(shè)備站號等。

4.2、液晶顯示和參數(shù)設(shè)置功能：

   采用獨立的控制器系統(tǒng)，配置LCD顯示屏，通過按鍵在屏幕上切換顯示電池電壓、電池輸入輸出電流、電池電流狀況、風電輸入電壓、風電輸入電流、系統(tǒng)時間、風力發(fā)電機板溫度、風電輸入功率、光伏輸入電壓、光伏輸入電流、系統(tǒng)時間、電池板溫度、光伏輸入功率數(shù)據(jù)；實現(xiàn)控制器主要參數(shù)的設(shè)置如：電池標稱容量、過放保護極限電壓、過充保護極限電壓、系統(tǒng)時間、設(shè)備站號等。配置手動改變控制風電和光伏輸入的信號的占空比功能，進而改變風電和光伏輸入電壓電流。提供控制風力發(fā)電機制動啟停功能。

4.3、系統(tǒng)保護和報警功能：

   配置蓄電池反接保護、蓄電池過充過放保護、充放電過流保護、風力發(fā)電機的手動緊急制動功能、系統(tǒng)防雷防浪涌功能、過溫保護并提供紅燈報警。

   配置系統(tǒng)輔助保護電路功能，由獨立的CPU控制，對控制器系統(tǒng)進行必要的保護。開放控制器核心控制程序進行二次開發(fā)時，提供系統(tǒng)的硬件保護。

4.4、開放式獨立核心板設(shè)計：

  控制器控制單支持DSP、單片機等，可升級的獨立核心板模式設(shè)計。支持二次開發(fā)平臺，開放底層硬件結(jié)構(gòu)，軟件設(shè)計流程。

4.5、豐富的波形測試功能：

   支持PWM波形、功率等測試平臺。

5、開放式離網(wǎng)逆變器系統(tǒng)：

5.1、RS485通訊功能：

   具備RS485通訊接口，能支持包括MODBUS在內(nèi)的多種通信協(xié)議并能與上位機進行通訊的參考程序，上位機可通過RS485通訊接口從控制器讀取當前電池電壓、電池輸入輸出電流、電池電量狀況、風電輸入電壓、風電輸入電流、系統(tǒng)時間、風力發(fā)電機板溫度、風電輸入功率數(shù)據(jù)；上位機也可以通過RS485通訊接口對控制器進行一些主要參數(shù)的設(shè)置如：電池標稱容量、過放保護極限電壓、過充保護極限電壓、系統(tǒng)時間、設(shè)備站號等。

5.2、液晶顯示和參數(shù)設(shè)置功能：

   控制器配置LCD顯示屏，通過按鍵在屏幕上切換顯示電池電壓、電池輸入輸出電流、電池電流狀況、風電輸入電壓、風電輸入電流、系統(tǒng)時間、風力發(fā)電機板溫度、風電輸入功率數(shù)據(jù)；實現(xiàn)控制器主要參數(shù)的設(shè)置如：電池標稱容量、過放保護極限電壓、過充保護極限電壓、系統(tǒng)時間、設(shè)備站號等。配置手動改變控制風電輸入的信號的占空比功能，進而改變風電輸入電壓電流。提供控制風力發(fā)電機制動啟停功能。

5.3、系統(tǒng)保護和報警功能：

   配置蓄電池反接保護、蓄電池過充過放保護、充放電過流保護、風力發(fā)電機的手動緊急制動功能、系統(tǒng)防雷防浪涌功能、過溫保護并提供紅燈報警。

   配置系統(tǒng)輔助保護電路功能，由獨立的CPU控制，對控制器系統(tǒng)進行必要的保護。開放控制器核心控制程序進行二次開發(fā)時，提供系統(tǒng)的硬件保護。

5.4、開放式獨立核心板設(shè)計：

   控制器控制單支持DSP、單片機等，可升級的獨立核心板模式設(shè)計。支持二次開發(fā)平臺，開放底層硬件結(jié)構(gòu)，軟件設(shè)計流程。

5.5、豐富的波形測試功能：

支持SPWM波形、死區(qū)時間、基波等測試平臺。

5.6、市電互補功能：

   新能源產(chǎn)生的電(如太陽能,風能產(chǎn)生的電)與市電共同接,多數(shù)情形下不使用市電,在另外的一種能源產(chǎn)生的電不能保證使用的情況下自動切換到市電,實現(xiàn)節(jié)能功能。

5.7、技術(shù)參數(shù)：

1）額定輸入電壓：24V±3%

2）額定輸出電壓：AC200V-240V，50Hz±3Hz

3）額定輸出功率：不大于300W

4）保護功能：過載、過壓、短路、低壓、高溫、反接

5）測試點：SPWM波形、死區(qū)時間、基波等測試

6、并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)：

1）最大輸入電壓：不低于直流 30V；

2）輸入電壓范圍：DC12-28V

3）標準電壓范圍：180V～260V；

4）頻率范圍：50HZ±5%；

5）輸出功率：不大于200W

6）反相保護，孤島效應保護

7、PLC可編程控制模塊：

8、數(shù)據(jù)采集和顯示系統(tǒng)：

  面板提供系統(tǒng)原理，配置：直流儀表模塊（電壓表、電流表、具有通信接口）、交流儀表模塊（電壓表、電流表、功率表三合一、具有通信接口）、開放式離網(wǎng)逆變器參數(shù)獨立顯示、開放式并網(wǎng)逆變器參數(shù)獨立顯示、開放式風力控制器參數(shù)獨立顯示。

9、電力系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)：

   配置工業(yè)級彩色觸摸屏，具備發(fā)電系統(tǒng)人機通訊界面平臺，支持發(fā)電模塊、輸電模塊和負載模塊的通訊并監(jiān)控系統(tǒng)各模塊的運行過程，實現(xiàn)遠程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)電。

10、模擬負載模塊：

   直流負載：LED燈12V/3W、 風機12V/3W等

   交流負載：LED燈220V/5W、風機220V/5W等

11、模擬電源模塊：輸出電壓：5V-32V；額定輸出功率：≥50 W

12、蓄電池儲能模塊：12V/17AH×4

13、機柜：采用標準電力柜，后側(cè)為開放式實驗區(qū)，前側(cè)為控制與顯示區(qū)。