2024雙饋風(fēng)力發(fā)電仿真平臺(tái)技術(shù)方案

雙饋風(fēng)力發(fā)電仿真平臺(tái)技術(shù)方案一、雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)初衷重要途徑。雙饋電機(jī)變速恒頻（VSCF）發(fā)電是通過對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的控制來實(shí)現(xiàn)的，而轉(zhuǎn)子回路30%，因此交流勵(lì)磁變頻器的容量可以大大減小，從而降低了成本。該變換器如果加上技術(shù)，如空載柔性并網(wǎng)、最大功率點(diǎn)跟蹤、低電壓故障穿越等。那么，在風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的國際環(huán)境下，風(fēng)力發(fā)電水平不斷提高?？蒲袑?shí)驗(yàn)室作為各種新理論和新技術(shù)的孕育搖籃，其先期的研究和驗(yàn)證對(duì)風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展和前進(jìn)起著至關(guān)重要的引導(dǎo)和推動(dòng)作用。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究最直接有效的方法是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)與風(fēng)力機(jī)相連，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試驗(yàn)。但是鑒于所需要的風(fēng)場(chǎng)環(huán)境以及體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的槳葉設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)困難重重，比如：無法自由的對(duì)風(fēng)速進(jìn)行變化，某些高風(fēng)速下的極限測(cè)試只能在極少數(shù)情況下得以實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)周期長，人力、物力、經(jīng)費(fèi)投入大；新理論和新技術(shù)存在諸多的未知數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好壞難以預(yù)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試風(fēng)險(xiǎn)巨大；電氣設(shè)備的運(yùn)算和安裝不便，不同容量設(shè)備難以在同一風(fēng)力系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)；這些因素都要求在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)構(gòu)件模擬系統(tǒng)來模擬實(shí)際風(fēng)力機(jī)的真實(shí)工作特性勢(shì)在必行。對(duì)此，南京研旭電氣科技有限公司設(shè)計(jì)了一整套模擬定槳距式的雙饋風(fēng)力發(fā)電的實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)。通過此平臺(tái)，研究人員可以研究雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的真實(shí)工作特性，可以縮短研究和開發(fā)周期、節(jié)省研究經(jīng)費(fèi)，便于對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)展開全面深入的研究，具有重要的顯示意義。二、雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)組成雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)主要由以下設(shè)備組成：矢量變頻器和三相異步調(diào)速電機(jī)來模擬實(shí)際的風(fēng)力機(jī)；三相異步調(diào)速電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)雙饋發(fā)電機(jī)發(fā)電；子提供勵(lì)磁電流，也可以吸收轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差功率；頻器、雙向變流器等設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)控以及記錄保存；風(fēng)速調(diào)速器設(shè)備，主要目的就是實(shí)現(xiàn)定槳距角變速恒頻的最大發(fā)電功率追蹤；圖2-1雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)物圖如下圖2-2：圖2-2雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)實(shí)物圖三、雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)工作原理變頻器V/F即轉(zhuǎn)矩控制，此種模式變頻器按照特定轉(zhuǎn)矩送給電機(jī)，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行至最佳速度時(shí)，發(fā)電功率可以達(dá)到最大值。當(dāng)槳距角和葉片半徑一定時(shí)，風(fēng)能利用系數(shù)只與葉尖速比相關(guān)，根據(jù)上位機(jī)設(shè)定的風(fēng)速值，可以獲得最佳轉(zhuǎn)速值和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值。將轉(zhuǎn)速值發(fā)給可控整流器，轉(zhuǎn)矩值MPPT對(duì)托機(jī)組機(jī)組由三相異步調(diào)速電機(jī)、聯(lián)軸器、雙饋發(fā)電機(jī)組成。其中三相異步電機(jī)采用2對(duì)級(jí)，額定轉(zhuǎn)速1500r/min。雙饋發(fā)電機(jī)為研旭專門定制發(fā)電機(jī)。背靠背控制器背靠背控制器由機(jī)側(cè)PWM勵(lì)磁變頻器和網(wǎng)側(cè)PWM雙向變流器組成。機(jī)側(cè)PWM勵(lì)磁變頻器主要目的就是為轉(zhuǎn)子繞組提供勵(lì)磁電流，其內(nèi)部采用DSP控制器，運(yùn)行電網(wǎng)電壓定向矢量控制模型。其控制算法框圖如下圖3-1所示：圖3-1電網(wǎng)電壓定向矢量控制PWM勵(lì)磁變頻器在系統(tǒng)中控制非常關(guān)鍵。PWMnfsf1當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n2n1（如3-2PMPrPSn2n1（3-3此時(shí)變頻器應(yīng)向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供負(fù)序勵(lì)磁電流，保證定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子速度一致。從功率角度來說，就是電機(jī)軸上功率PM，一部分轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)差功率Pr通過轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器回饋到電網(wǎng)，另一部分轉(zhuǎn)化為電磁功率，由定子回饋到電網(wǎng)上，定子輸出功率為PS3-23-3PWMPWMPWM器。電壓空間矢量控制是目前的主流算法。調(diào)速器調(diào)速器配合上位機(jī)、整流器、變頻器實(shí)現(xiàn)定槳距變速恒頻發(fā)電機(jī)功率最大追蹤。上位機(jī)給出槳距角、葉片半徑、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等值后，調(diào)速器會(huì)根據(jù)最大風(fēng)能利用系數(shù)推到出對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和變頻器輸出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)MPPT過程。監(jiān)控前臺(tái)監(jiān)控前臺(tái)上位機(jī)應(yīng)用軟件為用戶提供了可視的操作界面，主要包括三大功能，分別為風(fēng)速模擬功能、實(shí)時(shí)監(jiān)控功能、歷史保存功能。其主界面如下圖3-4所示：圖3-4監(jiān)控系統(tǒng)界面圖風(fēng)速模擬功能圖3-5風(fēng)力發(fā)電風(fēng)速模擬界面圖3-520以通過擬合按鈕，查看風(fēng)速與功率的對(duì)應(yīng)曲線關(guān)系圖，見下圖3-6所示：圖3-6風(fēng)速與功率的對(duì)應(yīng)曲線關(guān)系圖風(fēng)力發(fā)電風(fēng)速模擬界面，用戶可以通過表頭方式查看風(fēng)速、發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩以及發(fā)電功率的變化情況。以上功能，領(lǐng)先于國內(nèi)各類廠商提供的風(fēng)力發(fā)電仿真平臺(tái)。實(shí)時(shí)監(jiān)控功能圖3-7監(jiān)控界面監(jiān)控界面可以查看勵(lì)磁變頻器、雙向變流器以及雙饋電機(jī)運(yùn)行的各類瞬時(shí)參數(shù)，包括直流母線電壓；直流母線電流；電網(wǎng)電壓；網(wǎng)側(cè)雙向變流器交流電流；直流功率；網(wǎng)側(cè)雙向變流器的交流功率；網(wǎng)側(cè)雙向變流器的功率因數(shù)；電網(wǎng)頻率；機(jī)柜內(nèi)部的溫度；電機(jī)的轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)子電流；定子并網(wǎng)電流；定子并網(wǎng)功率；定子并網(wǎng)功率因數(shù)；也可以通過波形按鈕查看轉(zhuǎn)子電流實(shí)時(shí)波形、直流母線電壓、電流波形、電網(wǎng)電壓、定子并網(wǎng)電流等波形，波形界面如下圖3-8、3-9、3-10所示：圖3-8發(fā)電機(jī)輸出三相電流波形圖圖3-9直流母線電壓、電流波形圖圖3-10電網(wǎng)電壓、并網(wǎng)電流波形圖3-11驗(yàn)者可以在下面界面輸入有功率電流、無功電流的值，查看定子并網(wǎng)的實(shí)際情況。圖3-11機(jī)側(cè)PWM實(shí)驗(yàn)界面歷史保存功能SQL訪問，我們只需在本地主機(jī)安裝數(shù)據(jù)庫，在相同的網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)都可以訪問此數(shù)據(jù)庫。圖3-12登陸界面圖3-13數(shù)據(jù)庫界面1圖3-14數(shù)據(jù)庫界面2圖3-15數(shù)據(jù)庫中原始數(shù)據(jù)四、雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)實(shí)驗(yàn)組成1、認(rèn)知實(shí)驗(yàn)：對(duì)整體系統(tǒng)組成拓?fù)浜凸ぷ髟淼氖熘?，為后面?shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)；2、三相交流負(fù)載實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證三相交流電網(wǎng)特點(diǎn)，以及熟悉帶載特性，另外就是熟悉整流器柜內(nèi)部的接線；3、三相異步調(diào)速電機(jī)電動(dòng)實(shí)驗(yàn)：認(rèn)知三相異步電機(jī)工作原理；4、變頻器輸出實(shí)驗(yàn)：掌握變頻器操作流程以及工作原理；5、自然風(fēng)模擬實(shí)驗(yàn)：了解變頻器的操作方法，掌握上位機(jī)軟件操作流程；6、雙饋風(fēng)力發(fā)電仿真平臺(tái)并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)：了解雙饋發(fā)電機(jī)發(fā)電原理，發(fā)電過程；7、主從控制機(jī)制：為了更加有效的配合教學(xué)，系統(tǒng)還支持主從機(jī)控制模式，即當(dāng)教師（主機(jī)）（從機(jī)么學(xué)生機(jī)只能具有檢測(cè)功能，而不具備控制功能。8、低壓穿越實(shí)驗(yàn)：當(dāng)電網(wǎng)跌落后，發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)保證不能立刻脫網(wǎng)，要具備保持繼續(xù)往電網(wǎng)輸送能力的能力。這個(gè)實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)室具備電網(wǎng)模擬器設(shè)備。9、創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)：通過對(duì)以上實(shí)驗(yàn)的熟知以及對(duì)原理的掌握，加入自己的優(yōu)化控制策略SVPWMPID1-89研究生或科研者。雙饋式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)例程和項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)1雙饋風(fēng)力發(fā)電仿真平臺(tái)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)2三相交流負(fù)載實(shí)驗(yàn)3三相異步電機(jī)電動(dòng)實(shí)驗(yàn)4三相交流變頻輸出實(shí)驗(yàn)5自然風(fēng)模擬控制實(shí)驗(yàn)6雙饋電動(dòng)機(jī)電動(dòng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)7亞同步并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)8同步并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)9超同步并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)10亞同步離網(wǎng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)11同步離網(wǎng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)12超同步離網(wǎng)實(shí)驗(yàn)13雙饋開源平臺(tái)控制器程序燒寫實(shí)驗(yàn)14GPIO15PIE16AD17PWM18SCI19eQEP20SVPWM21SVPWM22PID實(shí)驗(yàn)23雙饋開源平臺(tái)并網(wǎng)逆變器電壓、頻率保護(hù)實(shí)驗(yàn)24雙饋開源平臺(tái)本地監(jiān)控程序編寫實(shí)驗(yàn)25雙饋開源平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控程序編寫實(shí)驗(yàn)五、雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)開放資料1、變頻器：操作說明書2、勵(lì)磁變頻器柜：CADPDFDSPprotel99sePDFPCB法靜態(tài)庫、設(shè)計(jì)原理說明文檔；控制底板：protel99sePDFPCB、設(shè)計(jì)原理說明文檔；繼電器板：protel99sePDFPCB、設(shè)計(jì)原理說明文檔；IPM：protel99sePDFPCB、設(shè)計(jì)原理說明文檔；3、網(wǎng)側(cè)雙向變流柜：CADPDFDSPprotel99sePDFPCB法靜態(tài)庫、設(shè)計(jì)原理說明文檔；控制底板：protel99sePDFPCB、設(shè)計(jì)原理說明文檔；繼電器板：protel99sePDFPCB、設(shè)計(jì)原理說明文檔；IPM：protel99sePDFPCB、設(shè)計(jì)原理說明文檔；4、監(jiān)控前臺(tái)：上位機(jī)應(yīng)用軟件安裝文件；數(shù)據(jù)庫安裝文件；DEMO5、調(diào)速器實(shí)驗(yàn)操作說明文檔；6、整體系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作手冊(cè)；仿真監(jiān)控軟件源代碼上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件程序仿真監(jiān)控軟件源代碼上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件程序監(jiān)控平臺(tái)開放全部源代碼和使用說明。風(fēng)機(jī)模擬調(diào)速軟件風(fēng)機(jī)模擬調(diào)速軟件風(fēng)機(jī)模擬調(diào)速軟件源代碼硬件的原理圖及PCB圖系