双馈异步风力发电仿真平台

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ZR-8100大型风力发电实训系统

一、双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统实验内容

双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统主要实验功能如下：
1.风力发电机接线形式实验
2.空载运转实验
3.并网过程实验
4.并网连续运行实验
5.风速模拟实验
6.转距模拟实验
7.发电功率模拟实验
8.其它相关发电性能及测量实验
9.脱网保护模拟实验
10.控制策略模拟实验
11.主控系统的配置、特点和工艺要求
12.学习主控软件编写和调试
13.研究和调试风机核心控制算法
14.自主编程应用
15.风力发电现场参数采集的逻辑分析

二、双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统构成

双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统包含

1.风力发电系统

2.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

3.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。 

4.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。

5.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。

6.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。

7.模拟风发生系统

包含模拟风发生器、风速风向仪及显示博鱼(中国)、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。

8.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。

9.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。

10.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。

11.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。

三、双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统主控实验系统

1.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。
2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.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。
7.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

四、双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统主要模块功能特点和技术参数

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

最大负载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， 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。

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。

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

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

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

（1）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。

（2）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。

（3）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博鱼(中国)的需求；

（4）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。

（5）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；

（6）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；

（7）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；

13.主控制器编程软件

功能特点
（1）符合IEC61131-3标准的编程语言
（2）强大的运算功能，支持32位浮点运算
（3）支持数组、指针，方便实现复杂运算
（4）支持软件仿真、在线调试及用户代码检查功能
（5）集成故障数据分析和显示功能
（6）具有用户程序密码保护功能
（7）六种编程语言，满足编程人员进行复杂的逻辑控制需求
（8）子程序之间可采用不同的编程语言，并可相互调用
（9）支持编写自定义块、函数和子程序可保存为内部库的形式
（10）自定义内部库可以在不同工程中调用
（11）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。

五、双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统配置清单

序号	名称	规格、参数	数量
1	主机硬件部分	发电机：3KW双馈发电机  上海中人公司定制 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。 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：±0.2HZ； 电网电压总谐波畸变率：<3% ； 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：<50dB。	1台
		原动机：7.5KW	1台
		齿轮箱：最大负载>=10KW  上海中人公司定制	1套
		轮毂：30KW	1套
		桨叶：直径3m	3套
		偏航系统：伺服电机、控制器	1套
		变桨系统：伺服电机、控制器	3套
		震动传感器：上海中人公司定制	1套
		扭缆传感器：上海中人公司定制	1套
		电磁刹车系统：上海中人公司定制	1套
		塔杆：1.2m～1.5m上海中人公司定制	1套
		底座：直径1.2m上海中人定制	1套
2	主机控制台	1600*1350*740mm，含监控系统软件、主机、控制系统、仪表、风速风向测试仪、计算机等。上海中人公司定制	1套
3	模拟风	不锈钢底座、风机、风速风向传感器等	1套
4	逆变器柜	JP-6A国标柜2200*800*600mm	1个
5	调速柜	JP-6A国标柜2200*800*600mm	1个
6	电池柜	JP-6A国标柜2200*800*600mm	1个
7	双向逆变器	教学专用，上海中人公司定制。	1台
8	模拟风发生器	额定电压：380V； 额定功率：0.85kW； 最大流量：210m/h； 最大吹力：220mbar。	1台
9	MM440变频驱动器	1．易于调试 2．牢固的EMC设计 3．可由IT 中性点不接地电源供电 4．对控制信号的响应是快速和可重复的 5．电缆连接简便 6．具有多个继电器输出 7．具有多个模拟量输出0 - 20mA 8．6个带隔离的数字输入并可切换为NPN/PNP接线 9． 2个模拟输入 10． AIN10 - 10 V 0 - 20mA和-10至+10 V 11．AIN20 - 10 V 0 - 20mA 12．2个模拟输入可以作为第7和第8个数字输入 13． BiCo二进制互联连接技术	1台
10	西门子PLC	S7-314C	1台
11	西门子PLC	S7-214	1台
12	智能仪表	ZW3432C	1台
13	风速风向仪	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：±1°； 电压：DC9V-24V； 传输方式：数字传输485/模拟接口。	1套
14	触摸屏	7寸	1块
15	三相异步电动机		1组
16	高压风机	德国品牌，青藏铁路正在使用的高压风机。 功率范围：0.2-18.5(KW) 压力范围：7-46(KPa) 流量范围：40-1370(m³/h)	1台
17	镍氢电池	48V  12A	8组
18	充电器	220V/48V	8台
19	组态王软件		1套

六、双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统功能

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。

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