上海顶邦公司 专业生产:大型双馈风力发电实验系统,大型双馈异步风力发电实验系统
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    • DB-FN02型 大型双馈风力发电实验系统

      大型双馈风力发电实验系统

      1.大型双馈风力发电系统

      1.1整体方案
      (1)动力控制系统, 用来模拟自然风通过叶桨产生的转动力矩输入到发电机的机械转矩,为系统发电提供原动力。它由电动机、调速系统和控制系统构成。
      (2)变速恒频双馈风力发电机的励磁控制系统, 控制双向可控逆变器使发电机变速恒频运行。它由双馈风力发电机, 双向可控逆变器和控制软件系统等构成。
      (3)风力发电的主控系统, 对整个风力发电系统进行统一监控、管理和安全控制。主要包括监控主机和监控软件、主控系统、多功能测控仪表、模拟风系统、风力发电安全系统及各类测量仪器仪表等。
      大型双馈风力发电实验系统
      风机实验系统包含变桨、主控、主轴、齿轮箱、发电机、双向可控逆变控制器、备用电源、风速模拟等,用于模拟实际风机运行状态,测试相关硬件和软件系统,分析风机离、并网发电系统的控制算法。
      大型双馈风力发电实验系统
      风机实验系统电控部分包含主控系统、变桨系统、测试系统、逆变并网控制系统、监控系统等。
      主控系统用于连接风速风向传感器、震动传感器、位置传感器、测量、安全链、监控系统等,控制风速方向、偏航、变桨等信息。

      大型双馈风力发电实验系统
      变桨系统主要是用于控制三个桨叶的独立转动,模拟风机叶桨根据风速及风向变化情况完成变桨控制算法,实现变桨控制。
      大型双馈风力发电实验系统
      测试系统主要控制风速模拟系统,用于模拟自然风速风向,来测试风力发电机在不同风速风向情况下的运行状态;
      离、并网控制主要完成风力资源的离、并网利用,分析系统运行的各种工况。
      1.2大型风力发电模拟实验系统选型
      1.2.1系统整体结构
      在实验室环境下研究风力发电系统, 无法得到现场的风能输入, 也无法安装巨大的桨叶, 因此用原动机及模拟风系统实现风力发电机的机械和电气输出特性;风力发电实验系统构成图,如图6
      大型双馈风力发电实验系统
      1.2.2系统组成
      系统包含

       

      产品
      部件
      用途
      数量
      主控实验系统
      风机模拟系统
      包括监控主机和监控软件、多功能仪表、各种测量仪表及低压电气元件,实现整机系统的状态显示、参数设置及检测、控制操作等。
      1套
       
      安全链
      急停、刹车系统、震动和位置等多种传感器,实现系统异常时的保护功能。
      偏航系统
      包含偏航电机、偏航控制器、蜗杆式齿轮箱、偏航齿轮、扭揽开关等构成,配合偏航控制器及模拟风发生系统完成偏航实验。
      变浆系统
      包含变浆电机、变浆控制器、蜗杆式齿轮箱、轮毂、限位开关等构成,配合变桨控制器完成变浆实验。
      主控系统
      主站PLC为主的主控系统、分站PLC为辅的从站系统,实现整机系统的控制,数据采集等功能。
      模拟风发生系统
      包含模拟风发生器、风速风向仪及显示设备、风向控制系统等,模拟各种实际风况,并完成风速和风向信息的检测。
      调速系统
      主要包含原动机的调速装置,通过调速装置调节原动机的状态,从而通过齿轮箱间接改变风叶的转动情况,模拟风速对桨叶的改变,为变浆控制提供实验条件。
      逆变单元
      包含双向离、并网逆变器、HMI等,实现风机离、并网功能,对主控系统参数进行监控,完成双馈发电机的并网实验。
      备用电源
      主要以电池组为主,各种低压电器元件为辅,实现变浆系统在异常情况下的供电。
      模拟运行算法
      包括 PLC 算法和组态软件控制算法,建立实际风力发电机控制模型,测试主控系统。

       

      1.2.3主控实验系统
      主控实验系统包括主控控制系统以及模拟风发生系统,风机主控系统如图8。

       

      大型双馈风力发电实验系统
       

       

      主控系统是风力发电机控制的核心,在满足风力发电机安全运行的前提下,尽可能的获取最大功率。
      主控系统用于模拟实际 1.5~3 MW双馈型风机的主控系统,主要用于模拟实际风机的主控系统,采集变浆和偏航的IO 点,实现整机控制。HMI用于显示和控制PLC 系统。
      风力发电机主控系统采用主控PLC 与专用HMI,与实际风机控制系统一致,满足风机控制要求。
      风力发电机整机模拟系统包括操作台柜、PLC、按钮、指示灯、测控仪表、风速风向发生仪、监控系统等,用于模拟风机内部各种控制信号。模拟测试系统与实际控制系统连接,来模拟风机运行的实际状况。风力发电机内部模拟控制信号可通过PLC编程控制,用户也可在现有硬件基础上自行开发控制软件,实现对各种自然风的模拟,完成对风力发电机控制算法的研究。

      大型双馈风力发电实验系统
      通过风力发电机控制系统与风力发电机模拟系统的连接,尽可能的模拟实际风力发电机运行的工艺特点和控制要求。此系统开放性强,可通过对控制系统和模拟系统的PLC编程,实现对不同类型风力发电机的模拟以及控制仿真。可用于学术理论研究、学生实验等。
      此套系统主要功能包括:
      ■可通过此系统,让学生学习主控系统的配置、特点和工艺要求;
      ■可通过此系统,让学生学习主控软件编写和调试;
      ■可通过此系统,让学生研究和模拟不同风机的运行特点;
      ■可通过此系统,让学生研究和调试风机核心控制算法;
      ■可通过此系统,测试完整的主控系统,实现主控系统电气、软件等测试
      风机主控实验系统特点:
      ■ 先进性,满足目前最主流的兆瓦级变速恒频风机控制系统的要求;
      ■ 开放性,无论是PLC 还是计算机均可自主编程,满足学生学习的要求;
      ■ 适应性,可满足不同功率、不同类型的风机测试和模拟;
      1.2.4模拟风发生系统
      本实验系统包括一套测试系统,由PLC、变频器、工控机等组成,主要用于控制模拟风发生器的风速和风向,模拟实际运行的风速环境,其功能如下:
      ■ 内部保存多种风速曲线,包括微风、阵风、大风、飓风等,包含风速变化趋势曲线,可方便的模拟实际的风况;
      ■ 通过变频器控制,控制不同风速;
      ■显示屏可以显示主控系统、变桨系统、偏航系统和测试系统的参数,并能方便控制;
      ■ 测试系统通过对不同风速的控制,来测试不同风况下的风力发电机运行状态。
      1.3系统主要模块功能特点和技术参数
      1.3.1双馈发电机
      额定功率:3kW
      额定电压:380V
      转子电压:124V
      转子开路电压:620V
      额定转速:1200rpm
      级数:6
      防护等级:IP44
      1.3.2双馈可控逆变控制系统
      响应速度:<300us
      额定电压:380V
      额定频率:50Hz
      频率波动范围:±1HZ
      电网电压总谐波畸变率:4%
      额定容量:<=10kW
      功率因数:0.951
      效率:满功率时>=95%
      冷却方式: 空冷
      并网时间:<2s
      通讯方式:profibus DP
      噪声:=<70dB
      1.3.3齿轮箱
      最大负载10kW, 变速比1:90

      1.3.4控制系统
      (1)主控制系统包括:控制柜、电气系统、主控计算机及控制系统软件
      (2)偏航系统:偏航伺服电机、减速箱及编码器、伺服控制器及控制软件
      (3)变浆系统:变浆伺服电机、伺服控制器及控制软件
      (4)偏航电机:0.75kW
      (5)偏航扭缆CW方向传感器
      (6)伺服控制器:

      DSP全数字控制方式,可以实现多种电机控制算法
      内置电子齿轮控制功能
      六种脉冲输入方式,与用户上位机接口方便灵活
      编码器反馈脉冲可分频输出,分频数:1-255
      键盘及LED数码显示
      保护功能:具有过压、过流、过载、失速等报警
      1.3.5检测用传感器
      电机速度、位置编码器、电流、电压传感器。随驱动器供货,具体按照定货实际参数
      1.3.6电控柜系统
      由调速控制柜、变流控制柜、备用电源柜、主控主控台组成。
      1.3.7 PLC控制系统
      采用主站PLC为主的主控系统、分站PLC为辅的偏航及变浆系统,Profibus DP通讯接口。系统可以通过远程操控,组态控制软件,提供标准的编程接口。
      1.3.8底座
      (1)组成:基座、塔杆、偏航系统支架、机舱;
      (2)基座:系统尺寸:3.8m×1m×3m范围内;底座的设计与系统设计过程中采用的具体器件有关,可以根据器件及客户需求最终确定结构尺寸及加工。
      (3)机舱:叶桨、轮毂、齿轮箱、拖动系统、发电机、传感器等。
      1.3.9风速模拟驱动系统
      用来模拟风力发电机中风吹风轮转动情况,是实验系统的动力源。其中包括电动机部分和驱动器部分:
      (1) 电动机:三相交流异步电动机
      额定电压:380V
      额定电流:15.3A
      额定功率:7.5kW
      额定转速:1440r/min
      (2)驱动器:西门子440变频器
      ■ 主要特征:
      调试简单
      6个可编程,带隔离的数字输入
      2个可编程的模拟输出
      3个完全的可编程的继电器输出
      完善的变频器和电动机保护功能
      ■ 控制功能的特点:
      最新的IGBT技术
      数字微处理器控制
      高质量的矢量控制系统
      线性V/F特性
      平方V/F特性
      高品质的PID控制器
      集成的制动(斩波)器
      4个跳转频率
      ■保护功能:
      过载能力
      过压/欠压保护
      变频器过温保护
      接地故障保护
      短路保护
      闭锁电动机保护
      防止电动机失速
      参数连锁
      1.3.10风速风向模拟系统
      (1)风速风向仪
      ■ 技术指标:
      风速测量范围:0-60m/s
      风速测量精度:±0.4m/s
      风向测量范围:0-360°
      风向测量精度:±2°
      电压:DC9V-24V
      传输方式:数字传输485/模拟接口
      (2)变频器
      额定电压:380V
      额定功率:1.5kW
      功能:过载报警、外部故障停机、欠压停机、RS485通讯接口
      (3)模拟风发生器
      额定电压:380V
      额定功率:0.85kW
      最大流量:210m³/h
      最大吹力:220mbar
      1.3.11监控系统
      ■ 技术指标:
      操作系统:Windows XP/CE,WinXPE
      安装方式:控制柜面板
      工作环境温度:-20℃~50℃
      工作相对湿度:10~95% ,无凝结
      ■ 功能特点:
      宽温度设计,适合低温下稳定运行
      安全保护,防止风力振动带来的损坏
      支持Windoews系统的软件开发
      风电机组控制
      参数显示和设置
      权限控制
      故障记录查询
      历史数据查询和统计
      1.3.12主控制器功能特点
      ■ 高性能
      配置工业级533MHz处理器,拥有纳秒级(13ns)的处理速度;
      程序运行周期最小可达10ms;
      支持多任务配置,最多可配置32种不同任务。
      ■ 高可靠性
      保护及通讯不受电磁干扰;
      风电主控制器已通过UL、CE认证;
      背板背面全部接地,有效抵抗脉冲群干扰;
      具备良好的电磁兼容性,现场与系统、通道与通道间采用隔离措施。
      ■开放性强
      支持多种现场总线协议,如 Modbus、Profibus-DP等,同时提供多种接口方式选择,满足风力发电机上通讯设备的需求;
      ■出色的环境适应性
      宽温型设计,存储温度-40℃~70℃,运行温度-25℃~60℃;
      出色的三防工艺,防盐雾、防湿热、防霉菌,适合于戈壁、滩涂以及海上风力发电机。
      ■强大的冗余和自诊断功能
      拥有强大的自诊断功能,DO模块具有回读功能,进行数据比较自检;
      具有掉电检测和超量程及超限报警功能;
      支持电源冗余、CPU冗余、通讯冗余,满足海上风机的高可靠性要求;
      ■适合风电应用的专家模块
      高速测频模块、光纤通讯模块、电量采集模块等,用于完成风电特殊信号的采集和通讯;
      ■ 易用性和易维护性
      模块支持带电插拔,新模块自动进行数据的初始化设置,并快速与CPU建立通信;
      编程软件符合IEC61131-3国际标准,具有LD、IL、FBD、ST、SFC和CFC六种编程语言;
      灵活的SD存储卡,可进行工程恢复及备份复制,使系统维护更加方便、快捷;
      背板上设计有防混销,以避免插错模块;
      采用WAGO端子接线,简单牢固。保证机舱震动过大时,接线不脱落;
      外形小巧,易于安装,既可分散,也可集中;
      1.3.13主控制器编程软件
      ■功能特点
      符合IEC61131-3标准的编程语言
      强大的运算功能,支持32位浮点运算
      支持数组、指针,方便实现复杂运算
      支持软件仿真、在线调试及用户代码检查功能
      集成故障数据分析和显示功能
      具有用户程序密码保护功能
      六种编程语言,满足编程人员进行复杂的逻辑控制需求
      子程序之间可采用不同的编程语言,并可相互调用
      支持编写自定义块、函数和子程序可保存为内部库的形式
      自定义内部库可以在不同工程中调用
      可对风机中的关键变量进行采样跟踪,如风速、桨距角
      角度、风向、发电机输出电流、电压、变流器反馈转矩
      等进行实时跟踪,并保存数据
      1.3.14安全链
      震动、过压、超速、解缆失灵等故障保护系统,可以避免系统失控。
      1.3.15电源
      实验室提供50kVA三相四线AC 380V交流电源、5kVA的AC 220V交流电源及可靠的接地系统。
      2.系统功能
      风力发电机实验系统主要用于学生的教学实践和科研开发,通过风机控制系统与风机模拟系统的连接,尽可能的模拟实际风力发电机运行的工艺特点和控制要求。此系统开放性强,可通过对控制系统和模拟系统的PLC 编程,实现对不同类型风机的模拟以及控制仿真,可用于学生理论研究、实践等。实现变速恒频风力机组发电状态的模拟,包括转速、转矩、发电量及有功、无功调节。
      ■主要实验功能如下:
      风力发电机接线形式实验
      空载运转实验
      并网过程实验
      并网连续运行实验
      风速模拟实验
      转距模拟实验
      发电功率模拟实验
      其它相关发电性能及测量实验
      脱网保护模拟实验
      控制策略模拟实验
      主控系统的配置、特点和工艺要求
      学习主控软件编写和调试
      研究和调试风机核心控制算法
      自主编程应用
      风力发电现场参数采集的逻辑分析
      3.设备安装建议
      要求:室内安装,楼层高度不低于3m,楼层为一楼,门宽3m,楼层走廊3m。



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