ZY-FN02型 雙饋風(fēng)力發(fā)電實驗系統(tǒng)

一、產(chǎn)品概述
本實驗系統(tǒng)采用變速恒頻控制的雙饋異步發(fā)電機組，可以完成大功率雙饋風(fēng)電機組的風(fēng)力機模擬和運行操作訓(xùn)練。

雙饋發(fā)電系統(tǒng)（僅限參考）

二、產(chǎn)品特點
1)模擬真實風(fēng)力發(fā)電機的啟動、并網(wǎng)、正常運行和停機過程，具備模擬機組變速調(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)力機模擬，機組并網(wǎng)控制，機組最大功率運行控制，機組恒速運行，機組限功率運行，機組低電壓穿越，機組脫網(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)完善的保護功能，包括過電壓保護、過電流保護、過溫保護、超速保護、短路保護，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。

雙饋實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三、系統(tǒng)運行技術(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)境相對濕度: 10～90%(25℃)；
大氣壓力范圍：1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓范圍；
室內(nèi)安裝；
平臺必須水平安裝；
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 實驗平臺的基本尺寸：
實驗臺：1400×400×400；（長×深×高，mm）
變流器：800×800×2000；
主控柜：800×800×2000；
注：實驗平臺分兩排布置，預(yù)計占地面積 4m×4m
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、保護嚴(yán)格等特點。

雙饋風(fēng)電機組圖及變流器內(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：
機側(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)波動時能正常運行；
并網(wǎng)滿載電流總諧波畸變率5%以下；
過流/過壓/過溫保護，分硬件保護和軟件保護；
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%時正常發(fā)電運行；
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)

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)電機組來說：
出現(xiàn)的過電流會損壞電力電子器件；
DC端過電壓，將威脅直流側(cè)元器件；
附加的轉(zhuǎn)矩、應(yīng)力過大則會損壞風(fēng)電機組的機械部件；
對電網(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)電機組能夠不間斷并網(wǎng)運行。
它對系統(tǒng)由較為重要的意義：
風(fēng)機能夠不脫網(wǎng)持續(xù)運行；
能夠?qū)﹄娋W(wǎng)進行動態(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)點電壓跌至20%額定電壓時，保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行625ms ；
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。
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）
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，并在變流器中進行相應(yīng)控制：
Crowbar：其響應(yīng)時間短，能夠保護變流器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，不同于Crowbar的投切工作方式，Chopper裝置在運行過程中會進行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。

雙饋機組Crowbar

雙饋機組Chopper

其軟件部分邏輯如下：

雙饋機組LVRT軟件邏輯

低穿實驗波形1

低穿實驗波形2

低穿實驗波形3

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，機組脫網(wǎng)控制。
FaceView監(jiān)測以下參量：
風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；
驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子位置／速度、電流、電壓、功率、輸出轉(zhuǎn)矩；
發(fā)電機轉(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

曲線觀測界面

參數(shù)設(shè)定界面

低電壓實驗

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算法和電機控制SVPWM算法用戶可以修改、調(diào)用。
雙饋風(fēng)電實驗系統(tǒng)現(xiàn)場圖如下：

六、實驗室智慧用電安全控制系統(tǒng)
智能電源管理系統(tǒng)具有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定7大保護功能；電源具有一鍵鎖定功能，處理故障時，防止漏電保護器合閘，造成觸電危險；電源具有故障鎖定功能，發(fā)生故障導(dǎo)致跳閘時，不能人為上電，只能通過遠程清除故障后，才能上電成功；能通過無線4G和有線以太網(wǎng)與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下，教室整套智能電源管理系統(tǒng)可離線獨立運行。
1、智能終端：智能電源管理系統(tǒng)以32位ARM為核心，采用4.3寸彩色觸摸屏為人機交互界面，實時監(jiān)控設(shè)備運行情況，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報功能。能實時監(jiān)測三相電壓、電流、功率，功率因數(shù)、頻率、電能等參數(shù)，液晶觸摸屏監(jiān)測數(shù)值。能監(jiān)控實驗室電源的故障類型和故障次數(shù)；設(shè)備時間管理包含年月日時間的顯示；用戶通過刷卡方式請求開啟設(shè)備，PC端進行授權(quán)之后，設(shè)備可啟動使用，PC端可分時預(yù)約設(shè)備的啟動和停止！
2、手機APP：用電狀態(tài)界面實時顯示當(dāng)前電壓、電流、有無功功率、電能、設(shè)備溫度、漏電電流值等；用電數(shù)據(jù)界面能智能查找近2年用電數(shù)據(jù)，設(shè)置界面能設(shè)置限定電能值、負載值、設(shè)備超溫值、過欠壓值、過欠壓恢復(fù)時間值等。后臺查看報警日志、操作日志、故障日志等。控制：可在微信小程序中遠程控制智能開關(guān)的通斷。
3、PC端軟件：每個設(shè)備狀態(tài)信息顯示，具有多個子界面，具有故障分析，用電能效分析、集中管理、個人中心資料管理、用戶報警定位跟蹤與信息統(tǒng)計；具有管理員信息修改與權(quán)限管理等功能�？梢绘I開啟和關(guān)閉所有設(shè)備，可單獨控制每臺設(shè)備的開關(guān)！
4、后臺系統(tǒng)：包含賬號管理、設(shè)備管理、報修管理、用戶管理，設(shè)備管理：①、包含監(jiān)控管理：實時視頻監(jiān)控每個教室，可一鍵預(yù)覽所有設(shè)備的在線和運行情況，分析設(shè)備使用率及運行時間！②、包含設(shè)備節(jié)點：可顯示設(shè)備所在位置、編碼名稱、掛載情況、用戶編輯、用戶查詢等。
5、報修管理：用戶可進行遠程報修，反應(yīng)設(shè)備故障信息，編輯報修情況，后臺可進行遠程維護，及時跟進，以有效解決用戶設(shè)備維護。
6、用戶管理：可連通手機號，對賬戶進行一對一的安全加密，實名認(rèn)證，防止賬戶泄密、防盜，現(xiàn)場數(shù)據(jù)連接云平臺后臺數(shù)據(jù)庫管理。
現(xiàn)場需對功能逐一演示，提供有效、權(quán)威的證明文件，佐證該產(chǎn)品的可靠、安全、先進性。
提供實驗室智慧用電安全控制系統(tǒng)的專利證明材料；
七、可開設(shè)實驗及科研教學(xué)內(nèi)容
1)風(fēng)力機模擬實驗
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