TW-SNY62雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
一、產(chǎn)品概述
本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)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(yùn)行操作訓(xùn)練。
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二、產(chǎn)品特點(diǎn)
1)模擬真實(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、并網(wǎng)、正常運(yùn)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(shí)際測(cè)量得到的風(fēng)速―時(shí)間數(shù)據(jù)；
3)FaceView實(shí)驗(yàn)主控軟件執(zhí)行機(jī)組運(yùn)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(shí)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(yùn)行控制，機(jī)組恒速運(yùn)行，機(jī)組限功率運(yùn)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(shí)現(xiàn)直流側(cè)電壓的初始狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在故障條件下不脫網(wǎng)運(yùn)行，低電壓穿越的功能，支持風(fēng)機(jī)的低電壓穿越實(shí)驗(yàn);
6)軟件分析風(fēng)力發(fā)電的數(shù)據(jù)與運(yùn)行特性，能夠顯示異常時(shí)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(shí)現(xiàn)低電壓穿越以及外接電源電壓不穩(wěn)定時(shí)保護(hù)實(shí)驗(yàn)；
注：帶醒目的危險(xiǎn)標(biāo)識(shí)，如：有電危險(xiǎn)、運(yùn)行時(shí)請(qǐng)勿打開、嚴(yán)謹(jǐn)帶電操作等。
雙饋實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
二、系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)參數(shù)
2.1 工作條件
?輸入電壓：三相四線～380V±10% 50Hz
?裝置容量：≤5.0kW
?海拔：0～2000m；
?環(huán)境溫度：-10℃～＋50℃；
?環(huán)境相對(duì)濕度: 10～90%(25℃)；
?大氣壓力范圍：1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓范圍；
?室內(nèi)安裝；
?平臺(tái)必須水平安裝；
?設(shè)備正常使用年限：≥20年；
?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(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本尺寸：
?實(shí)驗(yàn)臺(tái)：1400×400×400；（長×深×高，mm）
?變流器：800×800×2000；
?主控柜：800×800×2000；
注：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分兩排布置，預(yù)計(jì)占地面積 4m×4m
2.3 定制雙饋?zhàn)兞髌飨到y(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(diǎn)。
雙饋風(fēng)電機(jī)組圖及變流器內(nèi)部圖
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(shí)現(xiàn)，前級(jí)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(jí)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(jì)，功能特點(diǎn)如下：
?機(jī)側(cè)矢量控制，網(wǎng)側(cè)矢量解耦P/Q控制；
?電網(wǎng)電壓在-3%～+7%范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)能正常運(yùn)行；
?并網(wǎng)滿載電流總諧波畸變率5%以下；
?過流/過壓/過溫保護(hù)，分硬件保護(hù)和軟件保護(hù)；
?具備低電壓穿越功能；
?提供直流側(cè)外接其他電氣設(shè)備的接口；
?支持電網(wǎng)不平衡度小于 10%時(shí)正常發(fā)電運(yùn)行；
?支持較寬的運(yùn)行速度范圍：700-2000RPM；
三、雙饋系統(tǒng)低電壓穿越與實(shí)驗(yàn)
3.1 電網(wǎng)電壓跌落的危害
對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組來說：
?出現(xiàn)的過電流會(huì)損壞電力電子器件；
?DC端過電壓，將威脅直流側(cè)元器件；
?附加的轉(zhuǎn)矩、應(yīng)力過大則會(huì)損壞風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械部件；
對(duì)電網(wǎng)來說：
?引起電網(wǎng)頻率降低；
?引起電網(wǎng)線壓降低；
?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(dòng)引起風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓跌落時(shí)，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(yùn)行。
它對(duì)系統(tǒng)由較為重要的意義：
?風(fēng)機(jī)能夠不脫網(wǎng)持續(xù)運(yùn)行；
?能夠?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功功率Q支撐；
?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(duì)于低電壓穿越，要求如下圖所示，方案完全遵循此標(biāo)準(zhǔn)：
低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)
?并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌至20%額定電壓時(shí)，保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行625ms ；
?跌落后2s 內(nèi)恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。
?無功支撐：響應(yīng)時(shí)間不大于75ms，持續(xù)時(shí)間不少于550ms ；無功電流滿足IT≥1.5×（0.9-UT）IN ，（0.2≤UT≤0.9）
?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(shí)驗(yàn)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：
?Crowbar：其響應(yīng)時(shí)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
?Chopper：主要考慮單管吸收回路的設(shè)計(jì)，不同于Crowbar的投切工作方式，Chopper裝置在運(yùn)行過程中會(huì)進(jìn)行100Hz左右的斬波動(dòng)作，大電流關(guān)斷時(shí)的尖峰很容易導(dǎo)致IGBT過壓實(shí)效。因此設(shè)計(jì)了RCD吸收回路和低感功率回路。
雙饋機(jī)組Crowbar
雙饋機(jī)組Chopper
其軟件部分邏輯如下：
雙饋機(jī)組LVRT軟件邏輯
低穿實(shí)驗(yàn)波形1
低穿實(shí)驗(yàn)波形2
低穿實(shí)驗(yàn)波形3
四、雙饋系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)主控軟件
FaceView實(shí)驗(yàn)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(shí)際的測(cè)風(fēng)儀數(shù)據(jù)。主控功能實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)控制，恒速運(yùn)行，限功率運(yùn)行，降功率運(yùn)行，低電壓穿越，機(jī)組脫網(wǎng)控制。
FaceView監(jiān)測(cè)以下參量：
?風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；
?驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置／速度、電流、電壓、功率、輸出轉(zhuǎn)矩；
?發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置／速度、電流、電壓、功率、輸出轉(zhuǎn)矩；
?變流器直流電壓；
?網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓、電流、功率；
?電網(wǎng)電壓、電流、功率。
風(fēng)力發(fā)電模擬界面
曲線觀測(cè)界面
參數(shù)設(shè)定界面
低電壓實(shí)驗(yàn)
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?zhàn)兞髌魉须娐钒逵布韴D及BOM表(pdf版本)：控制板，電源板，信號(hào)板，電容板；
2)雙饋?zhàn)兞髌鞴耠姎庠韴D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?zhàn)兞髌魍ㄓ崊f(xié)議(RS485)（免費(fèi)）；
5)雙饋?zhàn)兞髌魇褂檬謨?cè)(免費(fèi))；
6)雙饋?zhàn)兞髌骶幊淌謨?cè)pdf版；
雙饋?zhàn)兞髌鬈浖碗妷捍┰剿惴?、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(dòng)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。
雙饋風(fēng)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)圖如下：
六、可開設(shè)實(shí)驗(yàn)及科研教學(xué)內(nèi)容
1)風(fēng)力機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)
2)低電壓穿越實(shí)驗(yàn)
3)低電壓穿越算法研究
4)直流母線電壓控制實(shí)驗(yàn)
5)并網(wǎng)過程及連續(xù)實(shí)驗(yàn)
6)亞同步速、超同步速運(yùn)行控制實(shí)驗(yàn)
7)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)功率因素調(diào)節(jié)
