双馈风力发电实验系统QY-FN02

一、产品简介
（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等。
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。
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。
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。
风力发电的主控系统，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。
二、实验系统
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
2系统组成

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。
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zui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。
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zui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；
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。
三、系统技术参数
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
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
3、齿轮箱zui大负载10kw， 变速比1:90
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
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
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。
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，profibusdp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。
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zui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。
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：zui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
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：0.85kwzui大流量：210m³/hzui大吹力：220mbar
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
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zui小可达10ms；
支持多任务配置，zui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，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；
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。
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。
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。
四、系统功能特点
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
五、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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