點擊添加圖片描述（最多60個字）
如圖1所示，系統(tǒng)主要由監(jiān)控裝置、風輪模擬拖動裝置以及永磁同步電機并網(wǎng)發(fā)電裝置三部分組成，主要軟硬件如表2所示。機組額定功率取5kW，這個功率等級基本可以模擬風力發(fā)電機系統(tǒng)的真實情況，具備較好的顯示效果，但又不會對電網(wǎng)有太大的沖擊，對進行試驗的學生來講也較為安全；另外5kW的電機產(chǎn)品在重量、大小等方面都較為合適，電力電子器件的選型較容易。
您只要致電：021-55884001（袁經(jīng)理）
我們可以解答 直驅(qū)型風力并網(wǎng)發(fā)電動態(tài)模擬平臺 的相關(guān)疑問！
我們可以幫您推薦符合您要求的 直驅(qū)型風力并網(wǎng)發(fā)電動態(tài)模擬平臺,教學實驗實訓設(shè)備裝置 相關(guān)產(chǎn)品！
找不到所需產(chǎn)品？請點擊 產(chǎn)品導航頁
當前產(chǎn)品頁面地址：http://zo32.cn/productshow-65-1994-1.html
點擊添加圖片描述（最多60個字）
發(fā)電實驗臺圖
點擊添加圖片描述（最多60個字）
發(fā)電實驗臺圖
1.1 監(jiān)控裝置
監(jiān)控裝置主要由PC機和PLC組成。PLC主要功能是采集實驗平臺各組成單元的各項數(shù)據(jù)（如電機的電壓、電流和轉(zhuǎn)速等，電力電子并網(wǎng)接口的電壓、電流等）、啟停并向變頻器發(fā)出轉(zhuǎn)速指令、向電力電子并網(wǎng)接口電路的DSP控制卡發(fā)出啟停和并網(wǎng)指令、修改實驗平臺參數(shù)等，監(jiān)視整個系統(tǒng)的工況。PC機的主要功能是將PLC采集到的數(shù)據(jù)存儲以及以可視化的方式顯示出來，便于直觀了解系統(tǒng)的工況，另外用戶還可以通過圖形化的使用界面操作整個實驗平臺，比如啟動風輪模擬拖動裝置帶動永磁同步發(fā)電機按某一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動、啟動電力電子接口電力實現(xiàn)系統(tǒng)的并網(wǎng)和脫網(wǎng)等。
點擊添加圖片描述（最多60個字）
圖1直驅(qū)型永磁同步電機風力并網(wǎng)發(fā)電動態(tài)模擬系統(tǒng)
點擊添加圖片描述（最多60個字）
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
表2 直驅(qū)式實驗系統(tǒng)的主要軟硬件清單
名 稱
規(guī) 格
臺式個人電腦
PLC可編程控制器
含數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入輸出、網(wǎng)絡(luò)模塊等
5.5kW變頻器
5.5kW,1500rpm
永磁同步發(fā)電機
5kW,1500rpm
額定相電壓為160～220V（有效值）
不控整流器
6個1200V、75A功率二極管所組成
直流升壓變換器
1個1200V 75A IGBT、1個1200V 75A 功率二極管和20A 10mH電抗器
并網(wǎng)逆變器
3相橋IPM模塊組成（1200V，75A）
3個20A 10mH 電抗器
DSP控制器
基于DSP28335的控制器（開發(fā)系統(tǒng)）
單路接觸器開關(guān)
電流50A（系統(tǒng)并網(wǎng)啟動）
三相接觸器開關(guān)
相電流30A（并網(wǎng)逆變器啟動）
電機轉(zhuǎn)矩傳感器
電機光電測速碼盤
電壓電流傳感器等
PLC編程軟件
用于PLC編程
組態(tài)軟件
在計算機上開發(fā)圖形化控制、顯示、記錄系統(tǒng)
其他元件
如液晶顯示、操作面板、傳感器等
1.2 永磁同步電機并網(wǎng)發(fā)電裝置
如圖2所示，永磁同步電機并網(wǎng)發(fā)電裝置主要由5kW永磁同步發(fā)電機、電力電子并網(wǎng)接口（由不控整流、boost直流升壓電路、并網(wǎng)逆變器以及基于DSP的高性能控制器組成）。主要功能是實現(xiàn)最大風能捕獲、并網(wǎng)發(fā)電運行等。
DSP根據(jù)檢測到的發(fā)電機的電壓和電流信號，經(jīng)過處理后，控制boost升壓電路將盡可能多的電能送至并網(wǎng)逆變器，并網(wǎng)逆變器將boost電路輸送的電能變換為高質(zhì)量的三相電能送至電網(wǎng)。
DSP控制器可通過串行通信接收來自PLC的指令改變并網(wǎng)電流的功率因數(shù)、實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電裝置的啟停等?？芍苯优c實驗室中的電力系統(tǒng)并網(wǎng)，不需要其他附件裝置。
實驗室可配置多套變頻器+異步電機+永磁發(fā)電機，共用一套并網(wǎng)電力電子裝置，實驗時錯開實驗內(nèi)容及步驟，最大化的利用實驗資源，提高設(shè)備利用率。
點擊添加圖片描述（最多60個字）
圖2 永磁同步電機并網(wǎng)發(fā)電裝置
二、 系統(tǒng)軟件
本風力發(fā)電系統(tǒng)由永磁同步電機，三相二極管整流電路，升壓斬波電路和電壓逆變電路構(gòu)成。使用永磁勵磁同步電機可以實現(xiàn)高一些的效率并且簡化功率變換電路。采用結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的三相二極管整流器，能獲得最大的線電壓，基波功率因素近似為1。發(fā)電機和二極管整流器結(jié)合在一起如同一簡單的直流電機。系統(tǒng)中的直流環(huán)節(jié)采用具有升壓功能的Boost變換器，從前級Boost變換器來看，風力能量的變化主要表現(xiàn)為電流的變化，Boost變換器的輸出端與逆變器的輸入端連接。直流電經(jīng)過直流斬波電路升壓，再通過高功率因數(shù)的逆變器變換后將電能送入電網(wǎng)。采用不可控二極管整流器，由于缺乏勵磁控制，永磁電機產(chǎn)生與電機轉(zhuǎn)軸速度成比例的電動勢，為了得到最佳的空氣動力學上的效率，軸速要根據(jù)風速成正比變化。而永磁電機和二極管整流器系統(tǒng)是完全不可控的，因此要通過斬波器或者逆變器控制永磁電機獲得的直流電流來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的控制，從而得到理想的運行速度。
主電路和控制框圖如圖3所示，為了得到寬的變速范圍，通過三相二極管整流器和IGBT逆變器之間的升壓斬波器，調(diào)節(jié)輸入直流電流以跟從最優(yōu)的參考電流從而跟蹤風力機的最大功率點。連接在電網(wǎng)的PWM逆變器通過調(diào)節(jié)直流連接電壓將電流送入公共電網(wǎng)。在逆變器控制結(jié)構(gòu)中，采用d-q軸同步參坐標系，通過q軸電流控制有功功率，通過d軸控制無功功率，采用鎖相環(huán)PLL檢測電網(wǎng)電壓相位角。
點擊添加圖片描述（最多60個字）
圖3 功率變換控制結(jié)構(gòu)圖
對于三相電網(wǎng)采用單相同步的方法很難準確的實現(xiàn)dq坐標系與電網(wǎng)三相電壓合成矢量的同步，必須綜合三相電壓的相位信息。當電網(wǎng)電壓幅值，即電壓合成矢量Us的幅值不變時，Us的q軸分量Usq反映了d軸與電網(wǎng)電壓Us的相位關(guān)系。Usq>0時，d軸滯后Us，應增大同步信號頻率；Usq<0時，d軸超前Us，應減小同步信號頻率；Usq=0時，d軸與Us同相。因此，可通過控制Usq，使Usq=0來實現(xiàn)兩者之間的同相。基于這一思想,設(shè)計了一種采用DSP實現(xiàn)的三相軟件鎖相環(huán)(SPLL)。
圖4所示是三相軟件鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖，電網(wǎng)電壓經(jīng)坐標變換后得到Usq,經(jīng)過環(huán)路濾波器后改變壓控振蕩器的振蕩頻率。用DSP實現(xiàn)時，一般采用DSP內(nèi)部定時器的循環(huán)計數(shù)來產(chǎn)生同步信號、實現(xiàn)壓控振蕩器和分頻器的功能,因此可通過改變定時器的周期或最大循環(huán)計數(shù)值的方法來改變同步信號的頻率和相位。
點擊添加圖片描述（最多60個字）
圖4三相軟件鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)框圖
電網(wǎng)電壓和電流的幅值可以通過AD采樣直接得到，而相位的檢測主要有過零檢測和軟件鎖相環(huán)兩種方式。過零檢測方法是使用比較器將分壓后的電網(wǎng)電壓信號與0電平進行比較，比較器輸出的方波信號接到DSP的捕獲管腳，DSP軟件根據(jù)捕獲中斷確定每個電網(wǎng)周期的0度，并在每個控制周期對角度進行相應的累加，以得到電網(wǎng)電壓相位。軟件鎖相環(huán)方法則是首先對采樣的電網(wǎng)電壓進行坐標變換，然后對電網(wǎng)電壓的Q軸分量進行閉環(huán)控制，并在此過程中根據(jù)Q軸分量的控制偏差不斷地對電網(wǎng)電壓相位進行校正。
3.2 負載特性測試
如圖6所示，通過變頻器驅(qū)動異步電動機改變永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。固定轉(zhuǎn)速n= ni（i=1,2.3,….）,改變負載可調(diào)電阻R，測量永磁同步發(fā)電機整流輸出電壓Udc和輸出電流I，描繪在轉(zhuǎn)速一定的情況下輸出電流 I-輸出電壓Udc關(guān)系曲線以及輸出功率P=UdcI-輸出電流 I關(guān)系曲線，確定不同轉(zhuǎn)速下的最大功率點。
點擊添加圖片描述（最多60個字）
3.3 電力電子接口并網(wǎng)運行實驗
如圖7所示，用市電網(wǎng)接調(diào)壓器模擬交流發(fā)電裝置的交流輸出，或?qū)⑹须娋W(wǎng)、調(diào)壓器結(jié)合整流器視作直流發(fā)電裝置的輸出，測試電力電子接口的性能是否正常，模擬風電機組或其他分布式發(fā)電裝置的并網(wǎng)功能測試和操作實驗。
A、啟動并網(wǎng)和運行測試：并網(wǎng)閘刀K2合上，并網(wǎng)逆變器工作；合上閘刀K1后，啟動直流升壓變頻器投入工作，從電網(wǎng)汲取電能并將它回饋回電網(wǎng)。測量和記錄直流環(huán)節(jié)電壓、并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)波形。改變回饋回電網(wǎng)的功率指令大小，記錄直流環(huán)節(jié)電壓、并網(wǎng)電流、電網(wǎng)電壓波形等數(shù)據(jù)；通過調(diào)節(jié)調(diào)壓器改變輸入電壓的大小，模擬實際輸入電壓的變化，記錄直流環(huán)節(jié)電壓、并網(wǎng)電流、電網(wǎng)電壓波形等數(shù)據(jù)。
B、正常停機操作：直流升壓變頻器停止工作，K1打開，然后并網(wǎng)逆變器停止工作，K2打開。測量直流環(huán)節(jié)電壓、并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓的波形。并網(wǎng)閘刀并網(wǎng)逆變器工作。
C、異常停機操作：PLC實時檢測直流環(huán)節(jié)及并網(wǎng)環(huán)節(jié)的電壓、電流等數(shù)據(jù)，當超過設(shè)定的安全數(shù)值范圍，報警并依次打開K1、K2開關(guān)，停止電力電子接口的工作。
點擊添加圖片描述（最多60個字）
圖7人電力電子接口并網(wǎng)運行實驗
3.4 風力發(fā)電機啟動并網(wǎng)和停機實驗
A、啟動并網(wǎng)操作：并網(wǎng)閘刀K2合上，并網(wǎng)逆變器工作；合上閘刀K1后，啟動變頻器驅(qū)動感應電機來拖動永磁同步電機發(fā)電，當發(fā)電機轉(zhuǎn)速高于切入轉(zhuǎn)速時，直流升壓變頻器投入工作，當轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時，系統(tǒng)工作在最大功率點上。測量和記錄發(fā)電機轉(zhuǎn)速、直流環(huán)節(jié)電壓、并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)波形。
B、正常停機操作：變頻器驅(qū)動感應電機來拖動永磁同步電機發(fā)電，逐步降低發(fā)電機轉(zhuǎn)速，當發(fā)電機轉(zhuǎn)速低于切入轉(zhuǎn)速時，直流升壓變頻器停止工作，K1打開，然后并網(wǎng)逆變器停止工作，K2打開。測量發(fā)電機轉(zhuǎn)速、直流環(huán)節(jié)電壓、并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓的波形。并網(wǎng)閘刀并網(wǎng)逆變器工作。
C、異常停機操作：PLC實時檢測感應電機、永磁同步發(fā)電機、直流環(huán)節(jié)及并網(wǎng)環(huán)節(jié)的電壓、電流等數(shù)據(jù)，當超過設(shè)定的安全數(shù)值范圍，報警并打開K2、K1開關(guān)，停止變頻器工作。
點擊添加圖片描述（最多60個字）
圖8 永磁同步電機并網(wǎng)運行實驗
3.5 風力發(fā)電機正常運行實驗
風力發(fā)電機已完成并網(wǎng)正常運行，改變永磁發(fā)電機轉(zhuǎn)速，測量記錄發(fā)電機轉(zhuǎn)速、直流環(huán)節(jié)電壓、并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓的波形變化、以及并網(wǎng)輸出功率的變化，確認系統(tǒng)工作穩(wěn)態(tài)下始終在最大功率點上，計算并網(wǎng)電流的諧波畸變和功率因數(shù)。
3.6 脫網(wǎng)保護實驗
通過調(diào)壓器降低并網(wǎng)接入點的電壓，但電壓低于設(shè)定的值而并網(wǎng)電流過大時，K1打開，然后K2打開，完成脫網(wǎng)，隨后永磁發(fā)電機逐步降低轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)停機。測量記錄發(fā)電機轉(zhuǎn)速、直流環(huán)節(jié)電壓、并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓的波形變化、以及并網(wǎng)輸出功率的變化。
點擊添加圖片描述（最多60個字）
圖9 脫網(wǎng)保護實驗
3.7 網(wǎng)側(cè)動態(tài)無功補償實驗
通過PLC檢測并網(wǎng)電流的功率因數(shù)和無功大小，發(fā)出無功補償功率指令，并網(wǎng)逆變器執(zhí)行無功補償指令，測量記錄發(fā)電機轉(zhuǎn)速、直流環(huán)節(jié)電壓、并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓的波形變化、以及并網(wǎng)輸出有功和無功功率的變化。
除基本實驗外，實驗室還可以進一步開發(fā)以下實驗，供演示或者驗證。
?風速與輸出功率特性實驗
?風能最大功率捕獲驗證實驗
?系統(tǒng)控制編程實驗
?網(wǎng)絡(luò)功能遠程控制實驗
?I/O控制實驗等
點擊添加圖片描述（最多60個字）
