TW-SNY27模擬型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)
模擬型直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)原理圖如下圖所示：
一、系統(tǒng)性能
1）、發(fā)電控制系統(tǒng)：一套，非標定制，包含邏輯控制軟件、人機操作軟件、測量系統(tǒng)軟件與電路。380V/5.5kW/0-50Hz四象限運行，可速度控制和轉(zhuǎn)矩控制兩種模式運行。
2）、發(fā)電控制系統(tǒng)主要參數(shù)
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型號規(guī)格：非標定制
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主要組成：空間矢量邏輯控制系統(tǒng)、人機操作系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、輔助電路等
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控制方式：速度控制和轉(zhuǎn)矩控制
二、驅(qū)動變頻器
驅(qū)動變頻器530VDC/380VAC 5.5kW, 可進行變流技術(shù)編程、通訊等功能，驅(qū)動變頻器參數(shù)如下表所示：
表4-9-1 驅(qū)動變頻器參數(shù)
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序號
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參數(shù)
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參數(shù)值
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1
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輸入電壓
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AC 3PH 380V(-15%)～440V(+10%)
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2
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輸入電流
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24A
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3
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頻率（Hz）
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輸入頻率：50Hz 允許范圍47.5~51.5Hz
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4
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輸出電壓（V）
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0~輸入電壓
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5
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輸出電流（A）
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22A
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6
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輸出功率（kW）
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5.0kW
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7
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輸出頻率
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0~150Hz
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8
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控制方式
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PG矢量控制
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9
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電機類型
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永磁同步電機
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10
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速度控制精度
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±0.2%
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11
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速度波動
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± 0.3%
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12
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轉(zhuǎn)矩響應(yīng)
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<20ms
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13
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轉(zhuǎn)矩控制精度
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10%
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14
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起動轉(zhuǎn)矩
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同步機：2.5 Hz/150%（PG矢量控制）
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15
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過載能力
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150%額定電流1 分鐘，180%額定電流10秒，200%額定電流1秒
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16
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頻率設(shè)定方式
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外部通訊設(shè)定（可以依照程序修改）
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17
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自動電壓調(diào)整功能
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當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時，能自動保持輸出電壓恒定
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18
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故障保護功能
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過流、過壓、欠壓、過溫、缺相、過載等保護功能
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19
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轉(zhuǎn)速追蹤再起動功能
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實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)中的電機的無沖擊平滑起動
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20
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端子模擬量輸入分辯率
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不大于20mV
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21
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端子開關(guān)量輸入分辯率
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不大于2ms
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22
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IO
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模擬輸入：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(shù)字輸入：8 路普通輸入，最大頻率1kHz，內(nèi)部阻抗：3.3kΩ；1路高速輸入，最大頻率20kHz
數(shù)字輸出：1 路高速脈沖輸出，最大頻率20kHz；1路Y 端子開路集電極輸出
繼電器輸出：兩路可編程繼電器輸出，觸點容量：3A/AC250V，1A/DC30V
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23
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EMC 濾波器
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內(nèi)置C3 濾波器：滿足IEC61800-3 C3 等級要求
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24
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制動方式
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回饋制動
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25
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運行環(huán)境溫度
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-5~40℃，40℃以上降額使用
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26
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平均無故障時間
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2 年（25度環(huán)境溫度）
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27
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防護等級
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IP20
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28
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冷卻方式
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強制風(fēng)冷
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三、 驅(qū)動電機
采用國內(nèi)知名品牌永磁同步電機380V5.5kW一臺。電機參數(shù)如下表所示：
表4-9-1 牽引電機參數(shù)
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序號
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參 數(shù)
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參數(shù)值
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1
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額定功率
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5.5kW
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2
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額定電流
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14.6A
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3
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額定電壓
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380V
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4
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極數(shù)
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4
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5
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同步轉(zhuǎn)速
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1500rpm
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6
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調(diào)頻范圍
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0-50 Hz
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7
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編碼器
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2000 線性驅(qū)動輸出
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8
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參考外形尺寸
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515*280*315mm(長*寬*高)
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9
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參考安裝尺寸
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216*178*Φ15mm(長*寬*孔徑)
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10
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防護等級
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IP44
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四、永磁發(fā)電機
采用國內(nèi)知名品牌永磁風(fēng)力發(fā)電機380V/5.5kW一臺，參數(shù)如下：
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序號
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參數(shù)
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參數(shù)值
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1
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額定功率
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5.5kW
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2
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額定電流
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13.52A
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3
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額定電壓
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380V
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4
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調(diào)速范圍
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0-1500 r/min
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5
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編碼器
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2000 線性驅(qū)動輸出
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6
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參考外形尺寸
|
515*280*315mm(長*寬*高)
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|
7
|
參考安裝尺寸
|
216*178*Φ15mm(長*寬*孔徑)
|
|
8
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防護等級
|
IP44
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五、 全功率變流器
變流器技術(shù)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(qū)動保護為進口機芯,控制電路采用隔離變壓器，安全可靠 ；
●采用SVPWM脈寬調(diào)制技術(shù)，純凈正弦波輸出，自動與電網(wǎng)同步跟蹤，功率因數(shù)接近1，電流諧波含量低，對公共電網(wǎng)無污染，無沖擊；
● 逆變并網(wǎng)電流閉環(huán)控制，可控可調(diào)；
● 輸入直流電壓范圍寬，適應(yīng)不同場合需求；
●頻率擾動檢出技術(shù)，實現(xiàn)反孤島控制；
●具有全方位的電源保護方案和完善的自我檢測和保護功能。在出現(xiàn)系統(tǒng)故障時將停止并網(wǎng)逆變；
● 電路結(jié)構(gòu)緊湊、最大效率>94%；
● 室外型不銹鋼外殼，全密封安裝；防護等級可達到IP65；
●RS485通訊，上位機監(jiān)控，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視；
全功率風(fēng)力發(fā)電機變流器參數(shù)表
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項 目
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參 數(shù)
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變流器電壓范圍
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3AC 380V±10％
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變流器頻率范圍
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50Hz +3% -5%
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變流器容量
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5kW
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變流器額定電流
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15.8A
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諧波畸變率
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<=3%
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效率
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97.2%
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噪聲
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＜79.4dB
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運行溫度
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-30 至 +50°C
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對于低電壓穿越，方案完全遵循此標準：
低電壓穿越標準
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并網(wǎng)點電壓跌至20%額定電壓時，保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行625ms ；
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跌落后2s 內(nèi)恢復(fù)到額定電壓的90%時，不脫網(wǎng)連續(xù)運行。
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無功支撐：響應(yīng)時間不大于75ms，持續(xù)時間不少于550ms ；無功電流滿足IT≥1.5×（0.9-UT）IN ，（0.2≤UT≤0.9）
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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；
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低電壓穿越LVRT方案方案：
主要為在變流器上添加Crowbar和Chopper電路，并在變流器中配合進行相應(yīng)控制：
直驅(qū)機組 Crowbar
直驅(qū)機組Chopper
其軟件部分邏輯如下：
六、機械傳動與測量系統(tǒng)
規(guī)格型號：非標定制
主要部件：可調(diào)節(jié)底座、聯(lián)軸節(jié)、防護罩、相應(yīng)的安裝配件
外形尺寸：長*款*高=1500*500*300（根據(jù)電機及傳感器配套設(shè)計，可進行優(yōu)化）
主要材質(zhì)：優(yōu)質(zhì)鋼材
表面處理：鍍鋅
七、 風(fēng)電控制系統(tǒng)
風(fēng)電控制系統(tǒng)預(yù)留各種通訊接口：Modbus/RS485/RS232等。
微型操作臺主要性能指標
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規(guī)格型號：非標定制
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結(jié)構(gòu)特點：采用琴式操作臺，在操作臺上布置操作按鈕、智能表和測控計算機，操作臺設(shè)計符合人體工程學(xué)，操作舒適，各項數(shù)據(jù)觀察直觀。
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表面處理：脫脂、酸洗、磷化、烤漆顏色：RAL7035
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外觀要求：外形美觀，工藝精湛，尺寸精密
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材質(zhì)要求：板材厚度為1.2-2.0mm，其中裝飾件1.2mm,連接件1.5mm,承重部件2.0mm。
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臺面要求：采用優(yōu)質(zhì)防火板，顏色為深黃。
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硬件主要性能指標如下：PCE-7B13-07A1E、可以存儲1T數(shù)據(jù)、PCE-5127QG2、控制機箱以及21英寸工業(yè)顯示器
風(fēng)力發(fā)電模擬軟件
上位機軟件包含本機數(shù)據(jù)庫，預(yù)留與其他如C#語言、C++、VB、SQL、MATLAB等語言的兼容接口;具備變流器控制技術(shù)實驗軟件及有源濾波技術(shù)實驗軟件。提供上位機軟件的完整資料包括但不限于：系統(tǒng)邏輯控制動作順序表、測控點表、流程圖；軟件設(shè)計說明書；軟件設(shè)計編碼規(guī)范說明書；人機接口說明書；軟件流程圖；數(shù)據(jù)報表及數(shù)據(jù)庫設(shè)計說明書；軟件源代碼等。
上位機軟件如下圖所示：
上位機軟件主要性能指標：
上位機軟件功能需包括邏輯控制和實驗數(shù)據(jù)檢測分析，上位機軟件要求采用LABVIEW或C#編程。上位機軟件需具有用戶管理、人機操作接口、邏輯控制、運行記錄、報警、數(shù)據(jù)采集分析、曲線顯示報表打印等功能。
1）、風(fēng)力發(fā)電機組功能模擬
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模擬真實風(fēng)力發(fā)電機的啟動、并網(wǎng)、正常運行和停機過程，具備模擬機組變速調(diào)節(jié)能力，有功、無功的調(diào)節(jié)能力；
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風(fēng)速模型不僅可設(shè)定典型幾種風(fēng)速曲線，支持導(dǎo)入實際測量得到的風(fēng)速―時間數(shù)據(jù)；
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FaceView實驗主控軟件執(zhí)行機組運行狀態(tài)流程控制和數(shù)據(jù)記錄、顯示、系統(tǒng)監(jiān)控等功能；
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實現(xiàn)風(fēng)速和風(fēng)力機模擬，機組并網(wǎng)控制，機組最大功率運行控制，機組恒速運行，機組限功率運行，機組低電壓穿越，機組脫網(wǎng)控制等控制功能；
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背靠背變流器可實現(xiàn)直流側(cè)電壓的初始狀態(tài)進行設(shè)定，實現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機在故障條件下不脫網(wǎng)運行，低電壓穿越的功能，支持風(fēng)機的低電壓穿越實驗;
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軟件分析風(fēng)力發(fā)電的數(shù)據(jù)與運行特性，能夠顯示異常時的故障原因；
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RS485接口，提供開放式MODBUS規(guī)約接入監(jiān)控系統(tǒng)；
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完善的保護功能，包括過電壓保護、過電流保護、過溫保護、超速保護、短路保護，可以實現(xiàn)低電壓穿越以及外接電源電壓不穩(wěn)定時保護實驗；
2）、用戶管理用戶管理要求采用授權(quán)分級操作并對操作進行記錄，以不同的權(quán)限登錄，只能執(zhí)行其相應(yīng)的操作，保證設(shè)備的使用安全。用戶管理模塊需具有用戶登錄、編輯和修改功能，可通過對登錄人員信息存儲實現(xiàn)設(shè)備的使用記錄的管理。軟件的用戶管理必須設(shè)置管理員、工程師和操作員三級用戶權(quán)限，且高一級的用戶具有低一級用戶所具有的權(quán)限。管理員：具有最高的使用權(quán)限，可修改設(shè)備所有的內(nèi)容，主要用于設(shè)備調(diào)試、校檢，可設(shè)置系統(tǒng)硬件配置，以及運行參數(shù)的配置。
3）、實驗參數(shù)管理
實驗參數(shù)包括電動機組、變頻器等自身參數(shù)、實驗過程工藝參數(shù)和實驗結(jié)果判定參數(shù)，各種參數(shù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)選擇的實驗項目在實驗的過程中讀取調(diào)用相關(guān)參數(shù)。實現(xiàn)風(fēng)速、風(fēng)力機運行特性模擬，并能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電機組啟動、運行、最大功率跟蹤(MPPT)、并網(wǎng)、低電壓穿越、停機、數(shù)據(jù)記錄、故障記錄等特性。
4）、人機操作接口
人機操作接口實現(xiàn)實驗過程的操作，本設(shè)備要求采用圖形化軟件編程，操作界面真實直觀，具有實驗過程的提示信息。根據(jù)實驗需求，軟件人機操作接口可將實驗過程數(shù)據(jù)動態(tài)變化趨勢及其分析并以曲線方式實時顯示。
5）、硬件運行管理
系統(tǒng)各硬件設(shè)備在實驗時和計算機進行數(shù)據(jù)交互，各種設(shè)備的通訊參數(shù)和通訊相關(guān)變量定義在數(shù)據(jù)庫中，實驗過程自動讀取并進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，使硬件及其參數(shù)的管理趨于自動化，減少人為設(shè)置的工作量，減少人為錯誤，提供工作效率。
6）、運行邏輯控制
邏輯控制部分用于實驗過程中運行管理，根據(jù)接收到的控制指令，參考不同的工藝設(shè)置和參數(shù)設(shè)定，輸出相應(yīng)的控制指令，完成實驗過程邏輯控制。邏輯控制參數(shù)的設(shè)置對過程邏輯控制至關(guān)重要，且該參數(shù)設(shè)置相對復(fù)雜，所以預(yù)設(shè)在數(shù)據(jù)庫中，實驗時自動讀取，以提高穩(wěn)定性。
7）、數(shù)據(jù)檢測
數(shù)據(jù)檢測是指對實驗過程中關(guān)鍵實驗數(shù)據(jù)的采集，以作為實驗結(jié)果分析實驗。數(shù)據(jù)檢測功能包括數(shù)據(jù)采集、計算和分析，同時完成數(shù)據(jù)存儲與顯示，根據(jù)實驗需求部分數(shù)據(jù)可生成實驗報表。
8）、故障報警處理
故障處理部分具有最高的優(yōu)先級，一旦產(chǎn)生故障，設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的保護動作，并限制實驗操作直到故障解除并復(fù)位。設(shè)備運行前先進行一次自檢，自檢正常后設(shè)備允許運行，設(shè)備運行過程中產(chǎn)生故障，分故障等級執(zhí)行不同的動作。
9）、設(shè)備故障診斷
設(shè)備故障診斷的目的為檢測設(shè)備的狀態(tài)，設(shè)備要求具備設(shè)備自檢功能；在實驗的過程中，隨著實驗數(shù)據(jù)及經(jīng)驗的不斷積累，故障診斷可作為軟件的升級功能。要求軟件設(shè)計將所有的實驗數(shù)據(jù)實時記錄，為故障分析做準備。
10）、記錄查詢
實驗過程中設(shè)備運行狀態(tài)、操作人員信息及實驗結(jié)果信息均記錄在數(shù)據(jù)庫中，方便設(shè)備檢修和實驗數(shù)據(jù)查詢分析。
八、直驅(qū)風(fēng)電變流器系統(tǒng)開放
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、電機控制的SVPWM和低電壓穿越算法。
開放內(nèi)容如下：
直驅(qū)變流器所有電路板硬件原理圖及BOM表(pdf版本)：控制板，電源板，信號板，電容板；
直驅(qū)變流器柜電氣原理圖及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；
直驅(qū)變流器通訊協(xié)議(RS485)（免費）；
直驅(qū)變流器使用手冊(免費)；
直驅(qū)變流器編程手冊pdf版；
直驅(qū)變流器軟件低電壓穿越算法、整流器SVPWM算法和電機控制SVPWM算法的工程源文件，包括程序主框架、硬件驅(qū)動功能、硬件配置功能、通訊功能、保護功能、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算法和電機控制SVPWM算法用戶可以修改、調(diào)用。
九、直驅(qū)風(fēng)電變流器系統(tǒng)開放
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編號
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名稱
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學(xué)生人數(shù)
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類型
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1
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異步電機空載實驗
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每套機組3~5人
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設(shè)計型
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2
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異步電機負載實驗
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每套機組3~5人
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設(shè)計型
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3
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永磁同步發(fā)電機空載實驗
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每套機組3~5人
|
設(shè)計型
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4
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永磁同步發(fā)電機負載實驗
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每套機組3~5人
|
設(shè)計型
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5
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電力電子接口啟動并網(wǎng)和運行實驗
|
每套機組3~5人
|
設(shè)計型
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6
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電力電子接口正常停機實驗
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每套機組3~5人
|
設(shè)計型
|
|
7
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電力電子接口異常停機實驗
|
每套機組3~5人
|
設(shè)計型
|
|
8
|
風(fēng)力發(fā)電機啟動并網(wǎng)實驗
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每套機組5~8人
|
設(shè)計型
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|
9
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風(fēng)力發(fā)電機正常停機實驗
|
每套機組5~8人
|
設(shè)計型
|
|
10
|
風(fēng)力發(fā)電機異常停機
|
每套機組5~8人
|
設(shè)計型
|
|
11
|
風(fēng)力發(fā)電機正常運行實驗
|
每套機組5~8人
|
設(shè)計型
|
|
12
|
風(fēng)力發(fā)電機脫網(wǎng)保護實驗
|
每套機組5~8人
|
設(shè)計型
|
|
13
|
網(wǎng)側(cè)動態(tài)無功補償實驗
|
每套機組5~8人
|
設(shè)計型
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|
14
|
風(fēng)電并網(wǎng)算法及永磁發(fā)電機控制算法研究
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每套機組5~8人
|
設(shè)計型
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15
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小功率電機傳動控制SVPWM及DTC算法研究
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每套機組5~8人
|
設(shè)計型
|
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16
|
低電壓穿越實驗
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每套機組5~8人
|
設(shè)計型
|
|
17
|
電網(wǎng)不平衡條件下風(fēng)電并網(wǎng)變流器的控制算法研究
|
每套機組5~8人
|
設(shè)計型
|
|
18
|
電網(wǎng)強諧波條件下風(fēng)電并網(wǎng)變流器諧波抑制算法研究
|
每套機組5~8人
|
設(shè)計型
|
