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    雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)模擬系統(tǒng)實驗設(shè)備

    更新時間:2024-09-18

    簡要描述:

    雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)模擬系統(tǒng)實驗設(shè)備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)模擬和運行操作訓(xùn)練。

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    一、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)模擬系統(tǒng)實驗設(shè)備-產(chǎn)品概述:
    本裝置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)模擬和運行操作訓(xùn)練。
    二、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)模擬系統(tǒng)實驗設(shè)備產(chǎn)品特點:
    1) 模擬真實風(fēng)力發(fā)電機(jī)的啟動、并網(wǎng)、正常運行和停機(jī)過程,具備模擬機(jī)組變速調(diào)節(jié)能力,有功、無功的調(diào)節(jié)能力;
    2) 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);
    3) FaceView實驗主控軟件執(zhí)行機(jī)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;
    4) 實現(xiàn)風(fēng)速和風(fēng)力機(jī)模擬,機(jī)組并網(wǎng)控制,機(jī)組最大功率運行控制,機(jī)組恒速運行,機(jī)組限功率運行,機(jī)組低電壓穿越,機(jī)組脫網(wǎng)控制等控制功能;
    5) 背靠背變流器可實現(xiàn)直流側(cè)電壓的初始狀態(tài)進(jìn)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(jī)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(jī)的低電壓穿越實驗;
    6) 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;
    7) RS485接口,提供開放式MODBUS規(guī)約接入監(jiān)控系統(tǒng);
    8) 完善的保護(hù)功能,包括過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、過溫保護(hù)、超速保護(hù)、短路保護(hù),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(hù)實驗;
    注:帶醒目的危險標(biāo)識,如:有電危險、運行時請勿打開、嚴(yán)謹(jǐn)帶電操作等。

    二、系統(tǒng)運行技術(shù)參數(shù):
    2.1 工作條件
    2 輸入電壓:三相四線~380V±10%  50Hz
    2 裝置容量:≤5.0kW
    2 海拔:0~2000m;
    2 環(huán)境溫度:-10℃~+50℃;
    2 環(huán)境相對濕度: 10~90%(25℃);
    2 大氣壓力范圍:1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓范圍;
    2 室內(nèi)安裝;
    2 平臺必須水平安裝;
    2 設(shè)備正常使用年限:≥20年;
    2 環(huán)境要求:環(huán)境通風(fēng)良好,不含易燃、腐蝕性氣體;
    2.2 實驗平臺的基本尺寸:
    2 實驗臺:2000×400×600;(長×深×高,mm)
    2 變流器:1000×600×1500;
    2 主控柜:800×600×1820;
    注:實驗平臺分兩排布置,預(yù)計占地面積 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。

    模擬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變流器由AC-DC-AC PWM變換器來實現(xiàn),前級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,功能特點如下:
    2 機(jī)側(cè)矢量控制,網(wǎng)側(cè)矢量解耦P/Q控制;
    2 電網(wǎng)電壓在-3%~+7%范圍內(nèi)波動時能正常運行;
    2 并網(wǎng)滿載電流總諧波畸變率5%以下;
    2 過流/過壓/過溫保護(hù),分硬件保護(hù)和軟件保護(hù);
    2 具備低電壓穿越功能;
    2 提供直流側(cè)外接其他電氣設(shè)備的接口;
    2 支持電網(wǎng)不平衡度小于 10%時正常發(fā)電運行;
    2 支持較寬的運行速度范圍:700-2000RPM;
    5.0 kW背靠背變流器主要指標(biāo)

    項目指標(biāo)

    參數(shù)特性

    項目指標(biāo)

    參數(shù)特性

    變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    雙級背靠背

    后級控制方式

    穩(wěn)定直流電壓

    額定流功率

    5.0kW

    后級功率因數(shù)

    >0.99

    額定交流電流

    15A

    直流母線電壓

    600V

    額定交流電壓

    380V

    最大直流電流

    22A

    額定電網(wǎng)頻率

    50Hz

    電流總諧波畸變率(THD)

    <3%(額定功率)

    允許電網(wǎng)頻率

    48~50.5Hz

    最大效率

    95%

    前級控制方式

    功率控制

    待機(jī)狀態(tài)功耗

    <40W

    前級功率因數(shù)

    >0.99

    冷卻方式

    強(qiáng)迫風(fēng)冷

    防護(hù)等級

    IP21

    標(biāo)準(zhǔn)通訊方式

    RS485

    2.3 設(shè)備主要配置參數(shù)

    驅(qū)動變頻器

    容量等級

    5.5KW

    電壓等級

    380V

    電機(jī)類型

    異步/永磁同步電動機(jī)

    調(diào)速范圍

    0-2000RPM

    控制方式

    PG矢量控制,弱磁控制

    接口類型

    RS485

    控制環(huán)路

    速度閉環(huán),力矩閉環(huán)

    精度

    電壓、電流、轉(zhuǎn)速、位置、轉(zhuǎn)矩的信號測量

    定制變流器

    功率等級

    5.5KW

    電壓等級

    380V

    功率拓?fù)?/span>

    二電平背靠背

    外形尺寸

    (寬×深×高,mm)800×600×1600

    電動機(jī)

    額定功率

    5.5KW

    額定轉(zhuǎn)速

    1500RPM

    同步轉(zhuǎn)速

    1800RPM

    額定電壓

    380V

    功率因數(shù)

    0.9

    發(fā)電機(jī)

     型

    雙饋發(fā)電機(jī)

    額定功率

    5.0kW

    額定電壓

    380V

    額定頻率

    50Hz

    額定轉(zhuǎn)速

    1500rpm

    轉(zhuǎn)速范圍

    0-2000rpm

    絕緣等級

    F級

    三、雙饋系統(tǒng)低電壓穿越與實驗
    3.1 電網(wǎng)電壓跌落的危害
    對雙饋風(fēng)電機(jī)組來說:
    2 出現(xiàn)的過電流會損壞電力電子器件;
    2 DC端過電壓,將威脅直流側(cè)元器件;
    2 附加的轉(zhuǎn)矩、應(yīng)力過大則會損壞風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械部件;
    對電網(wǎng)來說:
    2 引起電網(wǎng)頻率降低;
    2 引起電網(wǎng)線壓降低;
    2 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)故障或擾動引起風(fēng)電場并網(wǎng)點的電壓跌落時,在電壓跌落的范圍內(nèi),風(fēng)電機(jī)組能夠不間斷并網(wǎng)運行。
    它對系統(tǒng)由較為重要的意義:
    2 風(fēng)機(jī)能夠不脫網(wǎng)持續(xù)運行;
    2 能夠?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行動態(tài)無功功率Q支撐;
    2 有助于有功功率P恢復(fù);
    3.3 國內(nèi)低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)
    對于低電壓穿越,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)
    2 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 ;
    2 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。
    2 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)
    2 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實驗方案介紹
    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:
    2 Crowbar:其響應(yīng)時間短,能夠保護(hù)變流器IGBT、吸收和衰減畸變電流和諧波電流
    2 Chopper:主要考慮單管吸收回路的設(shè)計,不同于Crowbar的投切工作方式,Chopper裝置在運行過程中會進(jìn)行100Hz左右的斬波動作,大電流關(guān)斷時的尖峰很容易導(dǎo)致IGBT過壓實效。因此設(shè)計了RCD吸收回路和低感功率回路。
    四、雙饋系統(tǒng)實驗主控軟件
    FaceView實驗主控軟件具有風(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,選配接收實際的測風(fēng)儀數(shù)據(jù)。主控功能實現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)控制,恒速運行,限功率運行,降功率運行,低電壓穿越,機(jī)組脫網(wǎng)控制。
    FaceView監(jiān)測以下參量:
    2 風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速;
    2 驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子位置/速度、電流、電壓、功率、輸出轉(zhuǎn)矩;
    2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置/速度、電流、電壓、功率、輸出轉(zhuǎn)矩;
    2 變流器直流電壓;
    2 網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓、電流、功率;
    2 電網(wǎng)電壓、電流、功率。
    五、開放雙饋風(fēng)電變流器系統(tǒng)(說明)
    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:
    1) 雙饋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;
    2) 雙饋變流器柜電氣原理圖及BOM表(pdf版本);
    3) 開放控制板的debug接口,客戶可以燒寫自己的程序;
    4) 雙饋變流器通訊協(xié)議(RS485)(免費);
    5) 雙饋變流器使用手冊(免費);
    6) 雙饋變流器編程手冊pdf版;
    雙饋變流器軟件低電壓穿越算法、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。

    六、可開設(shè)實驗及科研教學(xué)內(nèi)容
    1) 風(fēng)力機(jī)模擬實驗
    2) 低電壓穿越實驗
    3) 低電壓穿越算法研究
    4) 直流母線電壓控制實驗
    5) 并網(wǎng)過程及連續(xù)實驗
    6) 亞同步速、超同步速運行控制實驗
    7) 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)功率因素調(diào)節(jié)
    實驗項目表

    編號

    名稱

    學(xué)生人數(shù)

    類型

    1

    異步電機(jī)空載實驗

    每套機(jī)組3~5人

    設(shè)計型

    2

    異步電機(jī)負(fù)載實驗

    每套機(jī)組3~5人

    設(shè)計型

    3

    雙饋感應(yīng)電機(jī)空載實驗

    每套機(jī)組3~5人

    設(shè)計型

    4

    雙饋感應(yīng)電機(jī)負(fù)載實驗

    每套機(jī)組3~5人

    設(shè)計型

    5

    風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動并網(wǎng)實驗

    每套機(jī)組5~8人

    設(shè)計型

    6

    風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常停機(jī)實驗

    每套機(jī)組5~8人

    設(shè)計型

    7

    風(fēng)力發(fā)電機(jī)異常停機(jī)

    每套機(jī)組5~8人

    設(shè)計型

    8

    風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運行實驗

    每套機(jī)組5~8人

    設(shè)計型

    9

    風(fēng)力發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)保護(hù)實驗

    每套機(jī)組5~8人

    設(shè)計型


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